STOWARZYSZENIE ELEKTRYKÓW POLSKICH

Transkrypt

1 STOWARZYSZENIE ELEKTRYKÓW POLSKICH dr inż. Jacek Nowicki Polski przemysł dla energetyki jądrowej WYTYCZNE Wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych CZĘŚĆ ELEKTRYCZNA ELEKTROWNI JĄDROWEJ W/ME/DEJ/SEP/01/2017 Ministerstwo Energii Warszawa, 2017

2 Warszawa, 2017 Polski przemysł dla energetyki jądrowej WYTYCZNE WSPOMAGAJĄCE DZIAŁANIA PRZEDSIĘBIORSTW KRAJOWYCH W BUDOWIE ELEKTROWNI JĄDROWYCH CZĘŚĆ ELEKTRYCZNA ELEKTROWNI JĄDROWEJ STOWARZYSZENIE ELEKTRYKÓW POLSKICH

3 Autor opracowania: dr inż. Jacek Nowicki Sekretarz Generalny Stowarzyszenia Elektryków Polskich Recenzenci: prof. zw. dr hab. inż. Józef Paska Politechnika Warszawska, Instytut Elektroenergetyki, Zakład Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej dr inż. Andrzej Strupczewski prof. nadzw. w Narodowym Centrum Badań Jądrowych Redaktor: mgr Jerzy Szczurowski Centralny Ośrodek Szkolenia i Wydawnictw Stowarzyszenia Elektryków Polskich Zamawiający: Ministerstwo Energii ul. Krucza 36/Wspólna Warszawa Zakres wytycznych: Niniejsze wytyczne zawierają zestawienie wymagań o charakterze technicznym w zakresie wykonania systemów elektrycznych w obiektach energetyki jądrowej (wyspa jądrowa i wyspa turbinowa, wyprowadzenie mocy, pozostałe elementy infrastruktury elektrowni). Zestawienie bazuje o wymagania najczęściej stosowanych na świecie kodów, norm i przepisów technicznych oraz przepisów krajowych i międzynarodowych mogących mieć zastosowanie przy ich projektowaniu, budowie, uruchomieniu i eksploatacji. Dodatkowo przedstawiono zestawienie wytycznych i rekomendacji o charakterze organizacyjnym w zakresie systemów zapewnienia i kontroli jakości, które mogą być stawiane polskim przedsiębiorstwom ubiegającym się o realizację prac na rzecz krajowej i światowej energetyki jądrowej zgodnie z ich aktualnym stanem rozwoju. Projekt współfinansowany ze środków Ministerstwa Energii w ramach wdrażania energetyki jądrowej w Polsce. Wszelkie uwagi, sugestie i propozycje co do dalszych zadań w zakresie przygotowania polskiego przemysłu do kooperacji z energetyką jądrową prosimy przesyłać na adres pocztowy: Ministerstwo Energii, ul. Krucza 36/Wspólna 6, Warszawa lub na adres przemysl.jadrowy@me.gov.pl Wytyczne nr: W/ME/DEJ/SEP/01/2017 ISBN Electrical Part of Nuclear Power Plant, Stowarzyszenie Elektryków Polskich Association of Polish Electrical Engineers, 2017 Copyright, Wszelkie prawa zastrzeżone

4 SPIS TREŚCI Słowo wstępne Udział polskich przedsiębiorstw przemysłowych w realizacji projektu nieukończonej Elektrowni Jądrowej Żarnowiec w latach Doświadczenia polskich firm przemysłowych z udziału w dotychczasowych projektach energetyki jądrowej za granicą Wprowadzenie Elektrownia Jądrowa Paks, Węgry Elektrownia Jądrowa Kozłoduj, Bułgaria Elektrownia Jądrowa Chmielnicka, Ukraina Elektrownia Jądrowa Olkiluoto 3, Finlandia Elektrownia Jądrowa Oskarshamm, Szwecja Elektrownia Jądrowa Flamanville, Francja Zakład wzbogacania uranu w Pierrelate, Francja Dostawy urządzeń elektrycznych polskiej produkcji dla elektrowni jądrowych budowanych w technologii rosyjskiej Przykłady technologii współczesnych energetycznych reaktorów jądrowych Wprowadzenie EPR (Francja) AP1000 (USA) ABWR/ESBWR (USA, Japonia) APR-1400 (Republika Korei) WWER-1200 (Rosja) EC6 (Kanada) Hualong one (HL 1000)/HPR1000 (Chiny) Układy i urządzenia elektryczne nowoczesnej elektrowni jądrowej Wprowadzenie Zapewnienie niezawodności zasilania elektrycznego potrzeb własnych

5 Spis treści 4.3. Elementy funkcjonalne elektrowni jądrowej i ich część elektryczna Wyspa jądrowa Wyspa turbinowa Wyprowadzenie mocy Pozostałe części infrastruktury elektrowni Wymagania specjalne dla komponentów i urządzeń elektrycznych przeznaczonych do pracy w elektrowniach jądrowych Kable Rozdzielnice średnich i niskich napięć Transformatory Agregaty prądotwórcze z silnikami wysokoprężnymi Wymagania techniczne dla części elektrycznej elektrowni jądrowej według dokumentów prawnych, normalizacyjnych i doradczych Wprowadzenie Prawo atomowe oraz inne ustawy i rozporządzenia Poziom drugi - wytyczne dozoru jądrowego Poziom trzeci zalecenia MAEA i WENRA dotyczące podstaw bezpieczeństwa w energetyce jądrowej Poziom czwarty standardy szczegółowe MAEA, ISO, EUR i EPRI Poziom piąty specjalne standardy, normy i kodeksy stosowane w energetyce jądrowej Standardy jądrowe IEC Francuski standard jądrowy AFCEN RCC-E Amerykańskie standardy jądrowe IEEE Niemieckie, kanadyjskie i rosyjskie standardy jądrowe Poziom szósty konwencjonalne standardy techniczne dla urządzeń i układów elektrycznych elektrowni jądrowej Poziom siódmy dobre praktyki przemysłowe Wytyczne i rekomendacje o charakterze organizacyjnym dla polskich firm chcących uczestniczyć w projektach energetyki jądrowej ze szczególnym uwzględnieniem wymagań dotyczących systemów zapewnienia i kontroli jakości Polityka organizacyjna Polityka zarządzania projektowego, zapewnienia i kontroli jakości Zarządzanie zasobami ludzkimi Kondycja ekonomiczno-finansowa Doświadczenie Zapewnienie możliwości kwalifikowania produkowanych urządzeń dla potrzeb elektrowni jądrowej Ścieżka podniesienia kompetencji polskich firm w zakresie wykonania systemów elektrycznych w obiektach energetyki jądrowej na świecie i w Polsce Podsumowanie Piśmiennictwo Wykaz źródeł

6 Spis treści Załączniki Załącznik A Standardy Bezpieczeństwa Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej IAEA dotyczące układów elektrycznych oraz AKPiA elektrowni jądrowych Załącznik B Standardy jądrowe ISO Załącznik C Wybrane normy EUR dotyczące układów elektrycznych elektrowni jądrowej Załącznik D Standardy EPRI URD i dokumenty pokrewne Załącznik E Normy jądrowe i konwencjonalne IEC Załącznik F Kod AFCEN RCC-E Załącznik G Normy IEEE odnoszące się do części elektrycznej, układów pomiarowych oraz AKPiA elektrowni jądrowej Załącznik H Normy jądrowe niemieckie KTA i DIN dotyczące zagadnień układów elektrycznych, pomiarowych, oprogramowania komputerowego oraz AKPiA elektrowni jądrowej Załącznik I Normy jądrowe kanadyjskie CSA N dotyczące zagadnień układów elektrycznych, pomiarowych, oprogramowania komputerowego oraz AKPiA elektrowni jądrowej Załącznik J Normy jądrowe rosyjskie GOST dotyczące zagadnień układów elektrycznych, pomiarowych, oprogramowania komputerowego oraz AKPiA elektrowni jądrowej

7

8 SŁOWO WSTĘPNE Szanowni Czytelnicy, Energia elektryczna warunkuje możliwości rozwoju cywilizacji technicznej, zarówno w skali globalnej jak i lokalnej. Dostrzegając wagę tego problemu Stowarzyszenie Elektryków Polskich zorganizowało w dniach 1 2 grudnia 2014 roku II Kongres Elektryki Polskiej pod honorowym patronatem Prezydenta Rzeczypospolitej Polskiej i patronatem merytorycznym Wicepremiera i Ministra Gospodarki. Współorganizatorami Kongresu byli: Politechnika Warszawska, Wojskowa Akademia Techniczna, Naczelna Organizacja Techniczna i Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego. Kongres podjął decyzję o przygotowaniu studium strategicznego w formie raportu Energia elektryczna dla pokoleń. Ten najważniejszy dokument pokongresowy został zaprezentowany podczas Debaty podsumowującej II KEP 11 kwietnia 2016 roku, a następnie na XXV Kongresie Techników Polskich i III Światowym Zjeździe Inżynierów Polskich, które odbyły się w dniach r. we Wrocławiu. W Raporcie wyraźnie wskazano na konieczność budowy w Polsce elektrowni jądrowej. Zainteresowanych Czytelników zachęcam do zapoznania się z pełną treścią Raportu, która dostępna jest na stronie internetowej SEP Budowa dużej systemowej elektrowni jądrowej wyposażonej w od dwóch do czterech bloków o mocy elektrycznej rzędu od 1 GW do 1,5 GW każdy, bazując na nowoczesnych technologiach reaktorów energetycznych trzeciej generacji, byłaby ze wszech miar pożądana, przyczyniając się do zmniejszenia ilości emitowanych do atmosfery substancji szkodliwych dwutlenku węgla, a także tlenków siarki i azotu oraz pyłów. Energetyka jądrowa wraz ze źródłami energii odnawialnej takimi jak elektrownie wiatrowe i fotowoltaiczne, daje zatem szansę na stworzenie 7

9 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych nowego kształtu polskiego miksu energetycznego na nadchodzące dziesięciolecia XXI wieku. Sprawa możliwości i perspektyw zaangażowania krajowych przedsiębiorstw przemysłowych w projekty energetyki jądrowej w kraju i za granicą jest zadaniem strategicznym. Polski przemysł ma doświadczenie w budowie infrastruktury dla energetyki jądrowej. Chciałbym przypomnieć, że polskie firmy uczestniczyły w realizowanych za granicą kontraktach w obszarze energetyki jądrowej, m.in. w budowie Elektrowni Jądrowej Olkiluoto 3 w Finlandii. Nasze firmy oferują nie tylko swój potencjał wykonawczy do prac montażowych i instalacyjnych w procesie integracji systemów elektrowni jądrowych, ale również eksportują produkty elektrotechniczne i elektroniczne na najwyższym światowym poziomie pod względem jakości i niezawodności. W imieniu Stowarzyszenia Elektryków Polskich, największej w kraju branżowej organizacji inżynierskiej o blisko 100-letniej historii, oddajemy niniejszą publikację w ręce Czytelników przedstawicieli krajowego przemysłu elektrotechnicznego. Jej zadaniem jest syntetyczny opis zbioru wytycznych stanowiących pomoc dla przedsiębiorstw w przygotowaniach do udziału w projektach energetyki jądrowej w kraju i za granicą. Jednocześnie dziękujemy za pomoc w wydaniu niniejszej publikacji Ministerstwu Energii, które aktywnie wspiera inicjatywy służące aktywizacji przemysłu krajowego w pracach na rzecz rozwoju polskiej energetyki. dr inż. Piotr Szymczak Prezes Stowarzyszenia Elektryków Polskich 8

10 Rozdział 1 UDZIAŁ POLSKICH PRZEDSIĘBIORSTW PRZEMYSŁOWYCH W REALIZACJI PROJEKTU NIEUKOŃCZONEJ ELEKTROWNI JĄDROWEJ ŻARNOWIEC W LATACH Entuzjazm towarzyszący pierwszemu okresowi rozwoju praktycznego wykorzystania energii jądrowej w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX stulecia obecny był również w Polsce. Znakomici naukowcy skupieni w Instytucie Badań Jądrowych w Świerku położyli wówczas podwaliny pod pierwsze poważne prace zmierzające w kierunku budowy energetyki jądrowej w naszym kraju. Jak najszerszy udział przedsiębiorstw polskiego przemysłu w projekcie pierwszych polskich elektrowni jądrowych był wówczas oczywisty. Podobnie jak w innych krajach bloku wschodniego: Czechosłowacji, Węgrzech, NRD i Bułgarii także w Polsce źródłem technologii reaktorowej miał być radziecki przemysł jądrowy. Decyzja o lokalizacji pierwszej elektrowni jądrowej zapadła już w grudniu 1972 r. na początku gierkowskiej dekady sukcesu, ale na faktyczne rozpoczęcie prac przyszło poczekać kolejnych 10 lat. Trudno jest wytłumaczyć, skąd wzięło się to opóźnienie gdyż inne kraje tzw. obozu socjalistycznego rozpoczęły budowę swych pierwszych elektrowni jądrowych już w pierwszej połowie lat siedemdziesiątych. Być może nie bez wpływu na odkładanie budowy EJ Żarnowiec było także uzależnienie polskiej energetyki od bogatych złóż węgla kamiennego i brunatnego oraz realizowanie w latach forsownego programu budowy elektrowni węglowych. Nieco światła na kulisy decyzji o blokowaniu rozpoczęcia polskiego programu budowy elektrowni jądrowych w latach siedemdziesiątych rzuca wypowiedź Edwarda Gierka, pierwszego sekretarza KC PZPR w latach W opublikowanym w latach dziewięćdziesiątych książkowym wywiadzie Janusza Rolickiego pt. Edward Gierek: przerwana dekada stwierdził on, że decyzji o zakupie w ZSRR ówczesnej technologii reaktorów energetycznych zdecydowanie przeciwny był premier Piotr Jaroszewicz, przekonany o niedoskonałości urządzeń oferowanych przez ZSRR 9

11 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych krajom socjalistycznym. Jaroszewicz uważał podobno, że pierwsze generacje urządzeń powstających w przemyśle radzieckim są z reguły bardzo niedoskonałe i warto jest poczekać aż pojawi się ich druga a nawet trzecia generacja *. Uchwała Rady Ministrów PRL kierowanej przez gen. Wojciecha Jaruzelskiego w sprawie budowy Elektrowni Jądrowej Żarnowiec (Rys. 1) nad brzegiem Jeziora Żarnowieckiego (ok. 45 km na pn.-zach. od Gdyni, w miejscu zlikwidowanej wsi Kartoszyno) została podjęta w drugim miesiącu stanu wojennego: 18 stycznia 1982 r. W jej sąsiedztwie w latach zbudowano elektrownię szczytowo-pompową, która w założeniu współpracować miała w ramach krajowego systemu elektroenergetycznego z powstającą tu elektrownią jądrową i systemową stacją elektroenergetyczną wysokich napięć tworząc razem Zespół Energetyczny Żarnowiec. Niecałe dwa lata później 31 grudnia 1983 r. rząd podjął Uchwałę nr 206 o planowanym terminie oddania do eksploatacji dwóch pierwszych bloków EJ Żarnowiec: odpowiednio w grudniu 1990 r. i grudniu 1991 r. Kolejną inwestycją w energetykę jądrową lat późnego PRL-u stać się miała EJ Warta zlokalizowana w miejscowości Klempicz, pomiędzy Poznaniem a Piłą. Elektrownia jądrowa w Żarnowcu miała docelowo składać się z czterech bloków o jednostkowej mocy elektrycznej 440 MW, każdy z reaktorem wodnym-ciśnieniowym typu WWER-440 (WWER ros. Водо-водяной энергетический реактор), projektu radzieckiego, jakkolwiek wyprodukowanych w czechosłowackich zakładach Škoda. Radzieckie przedsiębiorstwo ATOMTIEPŁOENERGOPROJEKT z Leningradu pełniło rolę doradczą w realizacji projektu. Podstawowy projekt elektrowni powstał w Głównym Biurze Studiów i Projektów Energetycznych ENERGOPROJEKT w Warszawie. Firma ta pełniła rolę generalnego projektanta i koordynowała całość prac projektowych. W jej pracowniach zaprojektowano maszynownię, układ wody chłodzącej, * Przyczyną opóźnienia było również to, że polscy eksperci nie chcieli budować reaktorów WWER I pokolenia, które nie miały obudowy bezpieczeństwa i wymaganych układów chłodzenia awaryjnego. Polacy zdecydowali się na zakup elektrowni jądrowej w ZSRR dopiero wtedy, gdy Rosjanie podjęli dostawę ulepszonego typu reaktorów dla Finlandii. Natomiast inne kraje socjalistyczne kupowały od ZSRR reaktory I generacji, nie zważając na ich braki. Dlatego, gdy Polska zwróciła się do ZSRR o dostawę reaktora, Rosjanie wcale się nie spieszyli, aby niepokornym Polakom dostarczyć szybko technologię jądrową. Miało to i dobrą stronę: projekt EJ Żarnowiec był przygotowany później niż projekty elektrowni jądrowych w EJ Dukovany (Czechy), Paks (Węgry) i Mochovce (Słowacja). W rozwiązaniach Żarnowca były wprowadzone wszystkie dobre cechy tych poprzednich elektrowni i kilka dalszych ulepszeń. Dlatego możemy z całą pewnością stwierdzić, że skoro EJ Mochovce doprowadzono do stanu spełniającego wszystkie wymagania bezpieczeństwa (a kontrolowała je bardzo starannie Austria) to i budowę EJ Żarnowiec można było dokończyć. 10

12 Rozdział 1. Udział polskich przedsiębiorstw przemysłowych w realizacji projektu nieukończonej Rysunek 1. Makieta Elektrowni Jądrowej Żarnowiec etap pierwszy, po ukończeniu 2 bloków WWER-440 [Narodowe Centrum Badań Jądrowych] układy elektryczne bloku, układy aparatury kontrolno-pomiarowej i automatyki, obiektów pomocniczych i budowli hydrotechnicznych. Warszawski ENER- GOPROJEKT opracował również raport bezpieczeństwa dotyczący całości obiektu jądrowego. W projektowaniu wzięły udział także inne krajowe biura projektowe: ENERGOPROJEKT Gdańsk, który wykonał adaptację radzieckiej dokumentacji do warunków polskich oraz ENERGOPROJEKT Kraków, gdzie powstał projekt wyprowadzenia mocy z EJ Żarnowiec. Projektem i wykonawstwem układów aparatury kontrolno-pomiarowej i automatyki zajęło się Centrum Naukowo Produkcyjne Automatyki Energetycznej oraz Instytut Automatyki Systemów Energetycznych z Wrocławia. Istotną rolę odegrały również współpracujące z polskimi projektantami radzieckie biura ORGENERGOSTROJ z Odessy i Kijowa, wspomagające w zakresie opracowania technologii i organizacji budowy elektrowni. Wiosną 1982 r. plac budowy został oficjalnie przekazany generalnemu wykonawcy EJ Żarnowiec Przedsiębiorstwu Realizacji Budownictwa Energetycznego i Eksportu ENERGOBUD z Warszawy. Do realizacji robót budowlanych na obiekcie przystąpiło wkrótce Przedsiębiorstwo Budowy Elektrowni i Przemysłu ENERGOBLOK-WYBRZEŻE z siedzibą w Gdyni. Montaż mechaniczny obiektu powierzono ENERGOMON- TAŻOWI-PÓŁNOC z Gdyni zaś elektryczny Przedsiębiorstwu Montażu Elektrycznego ELEKTROBUDOWA z Katowic. 11

13 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Generalnym dostawcą odpowiedzialnym za kompletację i koordynację dostaw oraz prowadzenie gospodarki magazynowej było Przedsiębiorstwo Projektowania i Kompletacji Dostaw Obiektów Energetycznych MEGA- DEX. Z kolei za import urządzeń i wyposażenia z zagranicy odpowiedzialne było Polskie Towarzystwo Handlu Zagranicznego ELEKTRIM. Większość kluczowych elementów części konwencjonalnej bloków EJ Żarnowiec miała być dostarczona przez ok. 70 producentów krajowych. Lista dostaw obejmowała między innymi: stabilizatory ciśnienia dla wszystkich czterech bloków i wytwornice pary dla bloków 3 i 4 z Raciborskiej Fabryki Kotłów RAFAKO w Raciborzu (wytwornice pary dla bloków 1 i 2 miały dostarczyć zakłady Škoda); turbiny parowe typu 4K-465 z Zakładów Mechanicznych ZAMECH im. gen. Karola Świerczewskiego w Elblągu; generatory typu GTHW-600 z Dolnośląskich Zakładów Wytwórczych Maszyn Elektrycznych DOLMEL we Wrocławiu; transformatory blokowe z Fabryki Transformatorów i Aparatury Trakcyjnej ELTA w Łodzi; skraplacze z Zakładów Urządzeń Przemysłowych (ZUP) w Nysie; siłownie zasilania awaryjnego napędzane silnikami Diesla (o mocy elektrycznej 3 x 2,8 MW na każdy blok) z Zakładów Urządzeń Technicznych (ZUT) Zgoda w Świętochłowicach; wymienniki ciepła z Fabryki Kotłów Przemysłowych FAKOP im. Rewolucji 1905 roku z Sosnowca; rurociągi i armatura do rurociągów, głównie do układów gospodarki wodno-chemicznej z Zakładów Urządzeń Chemicznych i Armatury Przemysłowej CHEMAR w Kielcach; urządzenia stacji demineralizacji wody z Zakładów ELWO z Pszczyny; różne rodzaje i typy pomp z Warszawskiej Fabryki Pomp i Krakowskiej Fabryki Pomp; wentylatory z Malborskiej Fabryki Wentylatorów MAWENT; zbiorniki awaryjnego chłodzenia reaktora, zbiorniki kwasu borowego z Zakładów Aparatury Chemicznej METALCHEM w Opolu; badania laboratoryjne materiałów, w tym m.in. betonu miały być wykonywane przez Przedsiębiorstwo Usług Technicznych Budowy Elektrowni OBREL z Warszawy; przepusty kablowe odporne na wysokie ciśnienia i temperatury do montażu w obudowie bezpieczeństwa i na granicy stref w elektrowni jądrowej z Fabryki Kabli w Ożarowie Mazowieckim. 12

14 Rozdział 1. Udział polskich przedsiębiorstw przemysłowych w realizacji projektu nieukończonej Rysunek 2. Plac budowy EJ Żarnowiec na krótko przed przerwaniem prac w czerwcu 1989 r. [NCBJ] 13

15 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych W maju 1985 r. na budowie elektrowni odbyła się uroczystość wmurowania aktu erekcyjnego z udziałem lokalnych władz i przedstawicieli Północnego Okręgu Energetycznego. W listopadzie tego samego roku Prezes Państwowej Agencji Atomistyki wydał zezwolenie na budowę I etapu EJ Żarnowiec. Wkrótce rozpoczęto betonowanie płyty fundamentowej budynku reaktorów bloków 1 i 2 o wymiarach 144 x 75 x 2,4 m. Na budowie pracowało w szczytowym okresie w latach ok. 6 tysięcy osób. Katastrofa w radzieckiej elektrowni jądrowej w Czarnobylu w 1986 r. spowodowała wzrost negatywnego nastawienia części polskiego społeczeństwa wobec rozwoju energetyki jądrowej, a także budowy EJ Żarnowiec. Dodatkowo pogorszenie sytuacji gospodarczej kraju w latach spowodowało spowolnienie budowy. W lecie 1990 r. prace polegające głównie na zabezpieczeniu placu budowy prowadziło ok pracowników. Protesty społeczne i niekorzystne opinie ekspertów (niejednokrotnie o co najmniej dyskusyjnej treści) spowodowały, że budowa została praktycznie wstrzymana. Jesienią 1989 roku stan zaawansowania niektórych prac sięgał ponad 90%. Zaawansowane były też dostawy urządzeń w tym reaktorów jądrowych (Rys. 2). Pomimo korzystnych dla kontynuowania inwestycji opinii niezależnych ekspertów, w tym m in. misji Międzynarodowej Komisji Energii Atomowej, atmosfera wokół projektu była coraz gorsza. 4 września 1990 r. rząd Tadeusza Mazowieckiego na wiosek ministra przemysłu Tadeusza Syryjczyka podjął decyzję o zaniechaniu budowy EJ Żarnowiec. Przedsiębiorstwo Elektrownia Jądrowa Żarnowiec w budowie zostało zlikwidowane, plac budowy porzucony i zalany wodami Jeziora Żarnowieckiego po wyłączeniu pomp odwadniających. Plac budowy elektrowni i obiektów towarzyszących nie został zabezpieczony ani zakonserwowany większość z ponad 600 zbudowanych obiektów uległa zniszczeniu i rozszabrowaniu. Los EJ Żarnowiec pozostaje w ostrym kontraście z realizowaną w tym samym czasie bardzo podobną budową EJ Mochovce na Słowacji (również z reaktorami WWER-440). Jej budowę przerwaną w 1991 r. wznowiono w drugiej połowie lat dziewięćdziesiątych uruchamiając pierwszy blok w 1998 r. i drugi w 2000 r. Nie zmieniając typu reaktorów Słowacy zastosowali nowoczesne układy bezpieczeństwa i obecnie rozbudowują elektrownię o kolejne dwa bloki tego samego typu (planowane ukończenie: trzeci blok w listopadzie 2018 r. oraz czwarty w sierpniu 2019 r.) Losy polskich dostawców urządzeń, wyposażenia i robót wykonawczych dla EJ Żarnowiec z lat osiemdziesiątych ułożyły się w różny sposób w okresie transformacji ustrojowej i kolejnych dekadach, jakie po niej nastąpiły. Producenci turbin (ZAMECH), generatorów (DOLMEL) 14

16 Rozdział 1. Udział polskich przedsiębiorstw przemysłowych w realizacji projektu nieukończonej i transformatorów (ELTA) w latach dziewięćdziesiątych zostali wykupieni przez międzynarodowy koncern ABB (ASEA Brown Boveri). Wyjście ABB z branży turbinowej w końcu lat dziewięćdziesiątych stało się początkiem stopniowego demontażu potężnego niegdyś zakładu w Elblągu, po którym obecnie pozostały jedynie warsztaty, bez kompetencji produkcji dużych turbozespołów na potrzeby energetyki zawodowej. We Wrocławiu produkcję maszyn elektrycznych, m.in. przeznaczonych dla elektrowni jądrowych w halach dawnego DOLMEL-u kontynuuje osobno Alstom Polska oraz firma DFME Sp. z o.o. Więcej szczęścia miała łódzka ELTA producent transformatorów energetycznych i komponentów dla nich, która zajmuje obecnie liczącą się pozycję w strukturach przemysłowych korporacji ABB. Część z wymienionych wyżej zakładów przejęli inni inwestorzy zagraniczni FAKOP został wykupiony przez firmę Foster Wheeler, MAWENT przez Nyborg z Norwegii, ELWO przez Bilfingera. Niektóre firmy znakomicie odnalazły się w otoczeniu gospodarki wolnorynkowej odnosząc znaczące sukcesy jak np. RAFAKO SA z Raciborza. Do dziś dobrze prosperują czołowe polskie firmy projektowe sektora energetycznego: ENERGOPROJEKT-WARSZAWA SA i ENERGO- PROJEKT-KRAKÓW SA, a także wykonawcze: ENERGOMONTAŻ-PÓŁ- NOC i ELEKTROBUDOWA SA. Zniknęły natomiast bezpowrotnie firmy ENERGOBUD i ENERGOBLOK-WYBRZEŻE (ta ostatnia zlikwidowana w 2004 r.). Przedsiębiorstwo Usług Technicznych Budowy Elektrowni OBREL w Warszawie zamknięto jeszcze w 1992 r., Zakłady Urządzeń Przemysłowych Nysa zlikwidowano w 2002 r., a Zakłady Urządzeń Technicznych Zgoda w Świętochłowicach postawiono w stan upadłości w 2008 r. Kilka lat temu ich budynki rozebrano. Zakłady Aparatury Chemicznej METAL- CHEM w Opolu upadły po zniszczeniach odniesionych w powodzi w 1997 r. Podsumowując krajowy przemysł zachował w dalszym ciągu bardzo dużą część posiadanych w latach osiemdziesiątych kompetencji do realizacji projektu jądrowego, według obowiązujących wówczas wymagań i standardów, pomimo prowadzenia rabunkowej prywatyzacji po transformacji ustrojowej, chęci likwidacji, jak to wówczas określano, państwowych molochów przemysłowych czy po prostu ignorancji, krótkowzroczności i zwykłej głupoty decydentów. Z drugiej strony ówczesne firmy nie wytrzymują porównania z dzisiejszymi standardami jakości, nowoczesności i organizacji obowiązującymi we współczesnym przemyśle w Polsce. Dużą stratą spowodowaną wstrzymaniem budowy EJ Żarnowiec i całego programu energetyki jądrowej, była utrata kadr wyszkolonych przez 15

17 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych krajowe uczelnie techniczne (m.in. w Politechnice Gdańskiej, Warszawskiej i Śląskiej) w latach sześćdziesiątych, siedemdziesiątych i osiemdziesiątych. Wielu znakomitych fachowców specjalizujących się w energetyce jądrowej przeszło do innych dziedzin techniki, wielu wyemigrowało. Obecnie ówcześni absolwenci zbliżają się do wieku emerytalnego. Budowa EJ Żarnowiec odbywała się w innych niż obecnie realiach politycznych, technicznych i rynkowych. Energetyka jądrowa była w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych o tyle łatwiejsza, że realizowano ją jeszcze bez gorsetu ograniczeń, przepisów a także obaw społeczeństwa jakie pojawiły się po wypadkach w Czarnobylu i Fukushimie. Rozmiękczone państwo totalitarne jakim był schyłkowy PRL paradoksalnie zupełnie dobrze radziło sobie z wieloma problemami związanymi z realizacją dużego przedsięwzięcia infrastrukturalnego energetyki jądrowej. Inwestycja nie wytrzymała jednak nacisku spowodowanego zmianą ustroju w 1989 r. i rozhuśtanymi nastrojami społecznymi skierowanymi przeciw energetyce jądrowej po katastrofie w Czarnobylu. 16

18 Rozdział 2 DOŚWIADCZENIA POLSKICH FIRM PRZEMYSŁOWYCH Z UDZIAŁU W DOTYCHCZASOWYCH PROJEKTACH ENERGETYKI JĄDROWEJ ZA GRANICĄ 2.1. WPROWADZENIE W latach osiemdziesiątych, równolegle do realizowanego w kraju programu budowy EJ Żarnowiec, polscy specjaliści pracowali na budowach elektrowni jądrowych w innych krajach bloku wschodniego: na Węgrzech, w Bułgarii i w Związku Radzieckim. Udział ekip polskich pracowników na budowach zagranicznych obiektów energetyki jądrowej byłych krajów socjalistycznych organizowany był głównie poprzez kontrakty Przedsiębiorstwa Elektrowni i Urządzeń Przemysłowych (Biuro Eksportu) ENERGOEXPORT z Warszawy. Zakres wykonywanych robót obejmował przede wszystkim prace budowlane oraz montaż mechaniczny i elektryczny. Poprzez Polskie Towarzystwo Handlu Zagranicznego ELEKTRIM dostarczane były również urządzenia produkowane przez przemysł krajowy ELEKTROWNIA JĄDROWA PAKS, WĘGRY Jednym z obiektów budowanych w dużej części przez Polaków była Elektrownia Jądrowa Paks na Węgrzech pierwszy i jak dotąd jedyny obiekt tego rodzaju w tym kraju. Jest ona wyposażona w 4 reaktory ciśnieniowe- -wodne typu WWER-440, identyczne z przewidzianymi dla EJ Żarnowiec. Budowa EJ Paks rozpoczęła się w 1974 r. Polskie ekipy były wykonawcą dużego zakresu robót budowlanych, instalacji cieplnych oraz aparatury kontrolno-pomiarowej i automatyki. W latach na budowie tej pracowało 250 pracowników katowickiej ELEKTROBUDOWY wykonując roboty montażowe instalacji elektrycznych reaktora i maszynowni bloków 17

19 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych nr 2, 3 i 4 wraz z pomiarami i udziałem w pracach rozruchowych. Mniej znaną ciekawostką związaną z EJ Paks jest to, że Węgrzy odkupili od Polski jeden z reaktorów wyprodukowanych dla Żarnowca i wykorzystują go dotąd do celów szkoleniowych ELEKTROWNIA JĄDROWA KOZŁODUJ, BUŁGARIA Kolejnym obiektem jądrowym w byłych krajach socjalistycznych, na którym pracowali Polacy, była bułgarska Elektrownia Jądrowa Kozłoduj położona nad Dunajem. Budowa tej elektrowni rozpoczęła się już w 1970 r. Łącznie zbudowano w niej 6 bloków: 1 4 z reaktorami WWER-440 (ich eksploatacja już została zakończona, gdyż dalsza wzbudzała obawy w dziedzinie bezpieczeństwa i UE zażądała ich zamknięcia jako warunku członkostwa Bułgarii w tej organizacji) i 5 6 z reaktorami WWER-1000 (w dalszym ciągu pracują). EJ Kozłoduj zaspokoiła większość potrzeb energetycznych stosunkowo słabo uprzemysłowionej Bułgarii. Na kontraktach na roboty budowlano-montażowe zawierane z przedsiębiorstwami ENERGOEXPORT i ELEKTRIM pracowały w Kozłoduju ekipy z 32 polskich przedsiębiorstw. ELEKTROBUDOWA z Katowic w latach z grupą ponad 100 pracowników prowadziła roboty montażowe instalacji elektrycznych. Oprócz robót budowlano-montażowych do EJ Kozłoduj dostarczane były również elementy wyposażenia wyprodukowane w Polsce: agregaty prądotwórcze zasilania awaryjnego o mocy jednostkowej 6,3 MW produkcji Zakładu Urządzeń Technicznych Zgoda ze Świętochłowic (obecnie już nie istniejącego) oraz wymienniki ciepła z raciborskich zakładów RAFAKO. W 1997 r. trzy agregaty prądotwórcze ze Świętochłowic dostarczyła do Bułgarii firma ELEKTRIM z przeznaczeniem dla Elektrowni Jądrowej Belene, której budowę ostatecznie przerwano ELEKTROWNIA JĄDROWA CHMIELNICKA, UKRAINA, BYŁY ZSRR Trzecim eksportowym placem budowy obiektu jądrowego w latach osiemdziesiątych była Elektrownia Jądrowa Chmielnicka na Ukrainie w byłym ZSRR. Budowa tej elektrowni rozpoczęła się w 1981 r. Według pierwotnych planów miała ona być wyposażona w 4 reaktory WWER-1000 (ostatecznie 18

20 Rozdział 2. Doświadczenia polskich firm przemysłowych z udziału w dotychczasowych udało się ukończyć tylko dwa pierwsze bloki). EJ Chmielnicka miała docelowo być połączona z systemem elektroenergetycznym Polski linią przesyłową 750 kv prowadzącą do stacji Widełka k. Rzeszowa. W budowie EJ Chmielnicka uczestniczyły ekipy z Polski, w tym z ELEKTROBUDO- WY realizując między innymi węzeł zasilania potrzeb własnych na bloku nr 2 oraz montaż instalacji słaboprądowych i teletechnicznych siłami ok. 100 pracowników ELEKTROWNIA JĄDROWA OLKILUOTO 3, FINLANDIA Wśród zagranicznych doświadczeń polskich firm w dziedzinie budowy obiektów energetyki jądrowej, już po transformacji ustrojowej przełomu lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych, niewątpliwie najbardziej poczesne miejsce zajmuje budowa Elektrowni Jądrowej Olkiluoto 3 nad Zatoką Botnicką w Finlandii. Nie posiadając własnych znaczących złóż surowców energetycznych, Finlandia stanęła w u progu obecnego stulecia przed wyborem czy uzależniać się od importu energii elektrycznej i gazu ziemnego (dostarczanego przede wszystkim przez Rosję), czy też zbudować nowoczesną elektrownię jądrową, znacząco wzmacniającą bezpieczeństwo krajowego bilansu energetycznego. Decyzję o budowie poprzedził prawie sześcioletni okres przygotowawczy. Pełny cykl inwestycyjny nowej elektrowni jądrowej, wliczając w to okres przygotowawczy, oceniany był początkowo (zbyt optymistycznie) na 11 lat. Zdając sobie sprawę z oporu części społeczeństwa przed rozwojem tej gałęzi energetyki, postanowiono dobrze przygotować tę inwestycję pod względem wyboru lokalizacji i jej ewentualnego wpływu na środowisko naturalne. W parlamencie Finlandii dyskusje dotyczące tej inwestycji toczyły się w ośmiu komisjach. 24 maja 2002 roku decyzja strategiczna została ratyfikowana przez parlament. Następnie zapytano o zdanie społeczeństwo w powszechnym referendum za budową nowej elektrowni jądrowej wypowiedziało się 55% obywateli Finlandii. Inwestorem nowego przedsięwzięcia jest firma TVO (fin. Teollisuuden Voima Oy) będąca prywatnym wytwórcą ok. 20% energii elektrycznej zużywanej w Finlandii. Jej właścicielami są fińskie przedsiębiorstwa przemysłowe cztery z sektora publicznego i dwa z prywatnego. TVO posiada już dwa istniejące bloki jądrowe Olkiluoto 1 i 2 zlokalizowane na wyspie o tej samej nazwie u zachodnich wybrzeży Finlandii 19

21 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Rysunek 3. Kompleks elektrowni na wyspie Olkiluoto w Finlandii. Najbliżej z lewej najnowszy, trzeci blok jądrowy z reaktorem Areva EPR, z prawej dwa starsze bloki 1 i 2 ze szwedzkimi reaktorami ASEA Atom BWR 880. W głębi elektrownia gazowa [TVO] (nieco ponad 200 km na północny zachód od Helsinek), zbudowane w latach siedemdziesiątych z wykorzystaniem szwedzkich reaktorów BWR 880 MW każdy dostarczonych przez ówczesną firmę ASEA Atom (później w składzie koncernu ABB) (Rys. 3). TVO ma również 45% udziałów w elektrowni cieplnej (węglowej) Meri-Pori. 18 grudnia 2003 roku przedsiębiorstwo TVO podpisało z francusko-niemieckim konsorcjum firm Areva i Siemens liczącą ponad 3 tysiące stron umowę, na realizację w systemie pod klucz bloku elektrowni Olkiluoto 3 o mocy elektrycznej 1600 MW, z najnowszym reaktorem ciśnieniowo-wodnym typu EPR. Rocznie Olkiluoto 3 produkować ma 13 TWh (terawatogodzin), pracując średnio przez 8100 godzin/rok. Planowany okres eksploatacji elektrowni oceniany jest na 60 lat. W budowę EJ Olkiluoto 3 w latach zaangażowanych było około 700 podwykonawców z 60 krajów świata. Polacy stanowili na niej najliczniejszą grupę narodowościową od 1000 do nawet 2000 pracowników, w zależności od natężenia robót. Przez 2 lata: od kwietnia 2008 r. do marca 2010 r. kierownikiem budowy (ang. Responsible Site Supervisor / CW Site Manager on OL-3 Nuclear Project) z ramienia firmy Areva NP GmbH był 20

22 Rozdział 2. Doświadczenia polskich firm przemysłowych z udziału w dotychczasowych Polak inżynier Zbigniew Wiegner, absolwent Politechniki Warszawskiej (obecnie dyrektor konsorcjum budującego nowe bloki Elektrowni Opole MW). Największą polską firmą pracującą na budowie EJ Olkiluoto 3 jest przedsiębiorstwo ELEKTROBUDOWA SA z Katowic, firma założona w 1953 r., która w minionych 63 latach zbudowała i uruchomiła część elektryczną w większości polskich elektrowni i elektrociepłowni. ELEKTRO- BUDOWA została zaangażowana w projekt EJ Olkiluoto 3 w 2008 r. jako podwykonawca niemieckiej firmy Areva NP GmbH, uzyskując w ramach kilku następujących po sobie umów na roboty budowlano-montażowe łączne zamówienia w wysokości ponad 100 milionów euro. Zakres prac ELEK- TROBUDOWY związany był przede wszystkim z budową wyspy jądrowej a w tym: spawaniem konstrukcji wsporczych tras kablowych i układaniem kabli, instalowaniem urządzeń sterowniczych i pomiarowych, montażem rozdzielnic, podłączaniem kabli do rozdzielnic, silników itp. Prace montażowe wykonywane były zgodnie z wymaganiami zbiorów standardów jądrowych AFCEN RCC-M i RCC-E, a także właściwych norm jądrowych niemieckich i fińskich. W szczytowym punkcie prac ELEKTROBU- DOWA miała na budowie Olkiluoto 3 ekipę złożoną z 550 pracowników. Wiosną 2015 r. ELEKTROBUDOWA podpisała umówę na wykonanie montażu instalacji elektrycznych, w tym kabli i urządzeń rozdzielczych, aparatury kontrolno-pomiarowej i automatyki oraz udziału w rozruchu dla części reaktorowej. Podpisany aneks zwiększył wówczas wartość netto robót o kwotę 23,59 mln euro, czyli ok. 98,46 mln zł. Łączna wartość netto prac ELEKTROBUDOWY na budowie Olkiluoto 3 wyniosła wówczas 103,79 mln euro, czyli ok. 433,21 mln zł. W kwietniu 2017 r. ELEKTRO- BUDOWA podpisała kolejne aneksy, które łączną wartość tego projektu zbliżyły do 146 mln euro. Kolejnym polskim przedsiębiorstwem bardzo zasłużonym w budowie EJ Olkiluoto 3 jest ENERGOMONTAŻ-PÓŁNOC z Gdyni, który jak już wspomniano w poprzednim rozdziale, pierwsze doświadczenia w projektach jądrowych zdobywał na budowie nieukończonej EJ Żarnowiec. Na potrzeby inwestycji w Finlandii ENERGOMONTAŻ-PÓŁNOC wykonał konstrukcję stalową osłony reaktora typu EPR. Konstrukcja ta służy zabezpieczeniu przed ewentualnym promieniowaniem lub wyciekiem substancji radioaktywnych, gdyby doszło do ich wydostania się z reaktora (przed czym chroni z kolei zbiornik reaktora o masie 526 ton wyprodukowany przez japońskie zakłady Japan Steel Works i Mitsubishi Heavy Industries). 21

23 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Rysunek 4. Kopuła stanowiąca zwieńczenie obudowy reaktora dla EJ Olkiluoto 3 wyprodukowana przez ENERGOMONTAŻ- PÓŁNOC rozpoczyna morską podróż z Polski do Finlandii [fot. ELEKTROMONTAŻ -PÓŁNOC] Wyprodukowana w Polsce obudowa stanowi również szalunek od strony wewnętrznej budynku dla dwumetrowej warstwy żelbetonu, który daje wytrzymałość dla ścian i kopuły wieńczącej budynek reaktora. Konstrukcja stalowa ma średnicę 65 m, wysokość 46 m z i łączną masę 880 ton z grubością ścianek 6 mm. Prace ENERGOMONTAŻU-PÓŁNOC wykonywane były na zlecenie niemieckiej firmy Babcock Noell Nuclear GmbH. Konstrukcja wykonywana była w Polsce w kilkusettonowych elementach prefabrykowanych i wysyłana drogą morską do Finlandii. Przy zleceniu pracowało ok. 50 pracowników ENERGOMONTAŻU. Do wykonania elementów konstrukcji zużyto około 1000 ton stali. Osprzęt i oprzyrządowanie wymagało zużycia dodatkowych 500 ton. Część z tych elementów konstrukcji wykorzystano później na budowie w Finlandii. Największym elementem zamówienia było zwieńczenie osłony, czyli kopuła o średnicy 46 i wysokości 13 metrów, którą transportowano w całości do Finlandii na specjalnej barce morskiej (Rys. 4.). Do ustawienia tej ważącej 160 ton konstrukcji na zwieńczeniu budynku reaktora użyto na budowie dźwigu o nośności tysiąca ton (Rys. 5.). Według specjalistów ENERGOMONTAŻU-PÓŁNOC wymagania techniczne oraz jakościowe były bardzo wysokie. Badaniom diagnostycznym poddano zarówno materiały stalowe użyte do wykonania tej konstrukcji jak i prawie wszystkie wykonane spoiny spawalnicze. Skomplikowana i czasochłonna, ze względu na charakter konstrukcji, była też procedura związana z odbiorami technicznymi jej poszczególnych elementów. Kolejnym polskim przedsiębiorstwem pracującym na budowie EJ Olkiluoto3 jest Zakład Techniczno-Budowlany POLBAU Sp. z o.o. z Opola. Firma ta była podwykonawcą niemieckiego koncernu Heitkamp Ingenieur 22

24 Rozdział 2. Doświadczenia polskich firm przemysłowych z udziału w dotychczasowych Rysunek 5. Montaż obudowy bezpieczeństwa reaktora na budowie EJ Olkiluoto 3 [Areva NP] und Kraftwerksbau GmbH. Prace budowlane obejmowały początkowo wykonanie stanu surowego budynków maszynowni oraz pompowni. Doceniając jednak profesjonalizm firmy, w 2008 r. zlecono POLBAU kolejne prace budowlane realizację całego pakietu tzw. obiektów towarzyszących wokół reaktora. Na skutek rozszerzenia przyjętych zleceń, a także ogromnego zakresu robót dodatkowych, początkowa wartość zlecenia została przekroczona ponad dziesięciokrotnie. Niezależnie od zleceń firmy Heitkamp, przy budowie elektrowni jądrowej POLBAU współpracował z fińską firmą LTR oraz francuskim koncernem Bouygues, zatrudniając przy budowie ok. 400 pracowników. Wartość zamówień POLBAU związanych z budową Olkiluoto 3 wyniosła ok. 50 milionów euro. Kolejna polska firma budowlana: FORMAT Urządzenia i Montaże Przemysłowe (UiMP) Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie, wchodząca w skład grupy przemysłowej FORMAT-LAMBDA wykonała na budowie EJ Olkiluoto 3 w 2010 r. montaż ton stali zbrojeniowej. Innej dziedziny robót i dostaw na budowie EJ Olkiluoto 3 dotyczyły prace firmy KMW Engineering Sp. z o.o. wykonawcy instalacji grzewczych, klimatyzacyjnych i wentylacyjnych z Solca Kujawskiego. Pierwsze 23

25 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych prace tej firmy na budowie w Finlandii rozpoczęły się w 2007 r., kiedy to w ramach konsorcjum z niemiecką firmą Brochier Power Systems GmbH, KMW Enginnering przystąpiło do przygotowania do realizacji systemów wentylacji w tym obiekcie. Kontrakt został podpisany 18 kwietnia 2007 r. i od maja tegoż roku KMW Engineering rozpoczęło przygotowanie dokumentacji montażowo-produkcyjnej. W listopadzie 2007 r. KMW Enginnering uzyskał dopuszczenie swej technologii produkcji kanałów wydane przez fińską agencję nadzoru jądrowego STUK Finland. Aby wykonać kanały dla obiektu jądrowego w Finlandii polska firma musiała zaprezentować swój system zarządzania jakością i produkcją głównemu zlecającemu TVO i agencji STUK, odbyło się to w formie sprawdzenia tzw. asessment file zbioru dokumentów przygotowanych przez KMW, jak i badań produkowanych przez firmę kanałów na wytrzymałość i szczelność. Na przełomie sierpnia i września 2008 r, w związku z pracami budowlanymi, pojawił się tam niewielki zespół, składający się z od 5 do 8 pracowników, który rozpoczął montaż klap przeciwpożarowych. Prace związane z procedurami, testami i ich zatwierdzeniem trwały około roku. W 2009 r. rozpoczął się zasadniczy, zaplanowany na 29 miesięcy, montaż instalacji. Wspólny z firmą Brochier Power Systems kontrakt obejmował wykonanie dokumentacji montażowej i produkcyjnej oraz dostawy i montaż przewodów wentylacyjnych, klap przeciwpożarowych oraz montaż kompletnej instalacji. Prawie cała instalacja odporna jest na drgania, jakie mogłyby powstać przy wstrząsach sejsmicznych, pozwalając na przetrwanie nawet przy przeciążeniach dochodzących do 7 g. W szczycie prac, który przypadł na 2011 rok, w Finlandii znajdowało się około 70 pracowników KMW w tym 20 spawaczy i 12 osób w biurze. W sumie, przez 5 lat, przez budowę Olkiuoto 3 przewinęło się ponad 180 pracowników KMW Enginnering. Prace zakończyły się w marcu 2014 r. W marcu 2015 r. nastąpiło przekazanie zamawiającemu zweryfikowanej dokumentacji powykonawczej. Na uwagę zasługują również prace wykonane na EJ Olkiluoto 3 przez firmę WaveNet Sp. z o.o. z Pruszkowa. Na ich temat nie jest dostępne zbyt wiele danych, ze względu na klauzulę poufności obowiązującą dla kontraktu pomiędzy WaveNet Sp. z o.o. a głównymi wykonawcami: Siemens SBT i Areva NP. Wiadomo, że dostawy obejmowały wykonanie instalacji przeciwpożarowych, systemów kontroli dostępu, dźwiękowego systemu ostrzegawczego (system bezpieczeństwa przeznaczony do przekazu sygnałów ostrzegawczych oraz komunikatów głosowych) oraz systemu telewizji przemysłowej (CCTV). 24

26 Rozdział 2. Doświadczenia polskich firm przemysłowych z udziału w dotychczasowych 2.6. ELEKTROWNIA JĄDROWA OSKARSHAMM, SZWECJA W szwedzkiej elektrowni jądrowej Oskarshamm (trzy bloki: MW; MW i 1 1,450 MW zbudowane w latach ) w okresie październik 2009 r. sierpień 2011 r. pracowała ekipa katowickiej ELEKTROBUDOWY SA. Zakres prac dotyczył układów zasilania systemów ogrzewania i oświetlenia (System 831) na bloku 2 w ramach projektu PLEX realizowanego na zlecenie firmy Areva NP GmbH ELEKTROWNIA JĄDROWA FLAMANVILLE, FRANCJA Polskie firmy zaangażowane były również w budowę drugiego w Europie bloku elektrowni jądrowej z reaktorem Areva EPR Flamanville 3 w Normandii. Dwa pierwsze bloki należącej do Électricité de France (EDF) elektrowni Flamanville z reaktorami Framatome P ( MW) zbudowane zostały w latach W 2007 r. rozpoczęła się budowa bloku nr 3 z reaktorem EPR 1600 MW. Podobnie jak w Olkiluoto budowa ta uległa znacznemu opóźnieniu. Obecnie (2017 r.) trwają przygotowania do uruchomienia bloku zaplanowanego na koniec 2018 r. Firma Polimex-Mostostal SA (Oddział w Rybniku obecnie ERBUD Industry Południe Sp z o.o.) na budowie bloku Flamanville 3 realizowała niewielki zakres prac związany z prefabrykacją i montażem rurociągów wtrysku kwasu borowego na zlecenie francuskiego oddziału Alstom (obecnie General Electric). Procedury bezpieczeństwa i procedury jakościowe były tak restrykcyjne, że czas wykonania poszczególnych prac wydłużał się czasem kilkukrotnie poza przyjęte oryginalnie ramy. Prace, które pierwotnie miały trwać rok, trwały ostatecznie trzy lata. Energop Sp. z o.o. z Sochaczewa będąca spółką zależną Energomontażu-Północ SA z Gdyni, wykonała dla EJ Flamanville 3 konstrukcje stalowe podparć dla rurociągów o masie 304 ton. Wartość kontraktu wykonywanego na zlecenie firmy Ponticelli Freres SAO wyniosła 1,7 mln euro. 25

27 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych 2.8. ZAKŁAD WZBOGACANIA URANU W PIERRELATE, FRANCJA Polskie firmy zaangażowane są również w budowy elementów infrastruktury energetyki jądrowej poza samym elektrowniami. Przykładem takich właśnie prac są konstrukcje żelbetowe wykonywane w latach przez firmę ERBUD International Sp. z o.o. z Torunia przy budowie zakładu wzbogacania uranu w Pierrelate we Francji DOSTAWY URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH POLSKIEJ PRODUKCJI DLA ELEKTROWNI JĄDROWYCH BUDOWANYCH W TECHNOLOGII ROSYJSKIEJ Firma APS Energia SA, z siedzibą w Stanisławowie Pierwszym k. Warszawy, skutecznie weszła w ostatnich kilku latach na wschodnie rynki energetyki jądrowej, przede wszystkim w Rosji, na Białorusi i Ukrainie. Jej dostawy obejmowały urządzenia zasilające: prostowniki, prostowniki tyrystorowe, przetworniki, falowniki i łączniki statyczne. Urządzenia te charakteryzują się wysokimi parametrami technicznymi, gwarantującymi odporność na ekstremalnie trudne warunki środowiska, zarówno elektrycznego jak i otoczenia zewnętrznego. Systemy APS Energia dla elektrowni jądrowych zaprojektowane są z wykorzystaniem koncepcji rozproszonej topologii niezależnie działających elementów systemu: niezależne systemy sterowania każdej jednostki funkcjonalnej, niezależne systemy monitoringu pracy, wielopunktowe zasilanie napięć sterujących i pomocniczych, izolacja galwaniczna obwodów prądu stałego i przemiennego, specjalnie wzmocniona konstrukcja mechaniczna oraz specjalnie dobrane komponenty elektroniczne i elektryczne. Szczególnie istotna jest podwyższona odporność na zakłócenia związane z silnym polem elektromagnetycznym oraz wzmocnione obudowy o wysokiej wytrzymałości sejsmicznej. APS Energia uzyskała wymagane na rynku rosyjskim dopuszczenia pozwalające na instalowanie i eksploatację wybranych urządzeń tej firmy w drugiej strefie bezpieczeństwa w elektrowni jądrowej (pierwsza strefa bezpieczeństwa oznacza pracę w bezpośrednim otoczeniu rdzenia reaktora). Urządzenia i systemy APS Energia zaprojektowane są zgodnie z technicznymi wymaganiami dla 2, 3 i 4 klasy bezpieczeństwa stosowanymi w energetyce jądrowej: 26

28 Rozdział 2. Doświadczenia polskich firm przemysłowych z udziału w dotychczasowych Rysunek 6. Urządzenia energoelektroniczne produkcji APS Energia przeznaczone dla rosyjskich elektrowni jądrowych [APS Energia] w klasie 2 i 3: prostowniki tyrystorowe typu PBI T; falowniki typów BFI i BFIz; tyrystorowe łączniki statyczne typu SKB T; układy zasilania bezprzerwowego (UPS) przemysłowe BFIz. w klasie 4: urządzenia tranzystorowe i tyrystorowe, składające się z falowników, prostowników i sprzętu dodatkowego (sterowniki). Urządzenia te produkowane są w wykonaniu modułowym (M, MC), wykonaniu małogabarytowym naściennym (CW) lub wolnostojącym (CS) oraz w wykonaniu w szafach przemysłowych (MS) (Rys. 6). Dostawy APS Energia dla firmy Rosenergoatom rozpoczęły się w latach Były one przeznaczone dla EJ Rostowskaja (bloki 3 i 4), EJ Kurskaja, EJ Bilibinskaja i EJ Balakowskaja. Klientami były również firmy NIAEP oraz Elektrobalt. W 2016 rozpoczęły się dostawy dla nowobudowanej EJ Biełaruskaja w Ostrowcu na Białorusi dla firm UEMZ i Atomstrojeksport. We wrześniu 2017 r. APS Energia Rus jedna ze spółek zależnych Grupy APS Energia podpisała umowę ze spółką Rusatom Overseas (OOO PAOC) na dostawę falowników i prostowników produkcji APS Energia. Urządzenia będą służyły zabezpieczeniu pierwszego i drugiego 27

29 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych bloku EJ Kurskaja. Umowa przewiduje dostawy o łącznej wartości ok. 14,2 mln złotych w ciągu najbliższych 4 lat. Od 2017 r. realizowane są zamówienia dla firmy Energoatom dla EJ Rowienskaja na Ukrainie. W nadchodzących latach spodziewane są również dostawy urządzeń APS Energia dla projektów elektrowni jądrowych realizowanych przez rosyjski Atomstrojeksport w EJ Akkuyu w Turcji i EJ Hankikivi w Finlandii. 28

30 Rozdział 3 PRZYKŁADY TECHNOLOGII WSPÓŁCZESNYCH ENERGETYCZNYCH REAKTORÓW JĄDROWYCH 3.1. WPROWADZENIE Większość współcześnie budowanych elektrowni jądrowych na świecie bazuje na nowych rozwiązaniach technicznych reaktorów energetycznych trzeciej generacji. Poniżej przedstawiono kilka przykładów technologii reaktorowych według stanu na drugą połowę 2017 r. (Tab. 1). Rozwiązania te to reaktory lekkowodne (LWR ang. Light Water Reactor) trzeciej generacji, przede wszystkim typowe dla większości nowobudowanych bloków elektrowni jądrowych w Europie: l Reaktor wodny ciśnieniowy PWR (ang. Pressurized Water Reactor) czyli reaktor jądrowy, w którym moderatorem jest zwykła (lekka) woda pod ciśnieniem ok. 15 MPa, krążąca w dwóch obiegach: pierwotnym i wtórnym; l Reaktor wodny wrzący BWR (ang. Boiling Water Reactor) reaktor jądrowy moderowany i chłodzony wodą, cyrkulujacą w jednym obiegu (w odróżnieniu od reaktora wodnego ciśnieniowego z dwoma obiegami wodnymi). Lekka woda chłodząca reaktor pełni jednocześnie funkcje moderatora i czynnika roboczego; wytworzona w reaktorze para jest kierowana do turbiny. W obu powyższych konstrukcjach: PWR i BWR paliwem jądrowym jest słabo wzbogacony izotop uranu U235. l Na uwagę zasługuje również: Reaktor ciężkowodny HWR (ang. Heavy Water Reactor) w którym rolę moderatora i chłodziwa pełni ciężka woda (woda, w której znaczącą część atomów wodoru stanowi izotop wodoru deuter). Paliwem jądrowym reaktora ciężkowodnego może być naturalny uran lub uran słabo wzbogacony. 29

31 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych 3.2. EPR (FRANCJA) Dzisiejsza firma Areva Nuclear Power (oddział koncernu Areva z siedzibą w Courbevoie pod Paryżem) powstała w 2001 r. jako spadkobierczyni firmy Framatome (fr. Franco-Américaine de Constructions Atomiques) i dwóch innych przedsiębiorstw, jest współtwórcą wielkiego sukcesu francuskiego, państwowego programu energetyki jądrowej rozwijanego w sposób konsekwentny od pierwszego wielkiego kryzysu energetycznego lat , na bazie technologii dostarczonej pierwotnie przez firmę Westinghouse z USA. Francja posiada obecnie 58 reaktorów energetycznych eksploatowanych przez jednego operatora Électricité de France (EDF), o łącznej mocy elektrycznej 63,2 GW dostarczających rocznie blisko 420 mld kwh. Dzięki elektrowniom jądrowym Francuzi mają najtańszą energię elektryczną w Europie i są jej wielkim eksporterem (sprzedaż roczna na poziomie 3 mld euro). Areva NP jest obecnie również w pewnym sensie spadkobierczynią wstrzymanego obecnie niemieckiego (przed 1990 r. zachodnioniemieckiego) programu jądrowego z doświadczeniami firm takich jak np. Siemens. Ponad 100 reaktorów energetycznych wyprodukowanych przez Arevę stanowi aż 30% sumarycznej mocy wszystkich elektrowni jądrowych na całym świecie. Obecnie flagowym wyrobem Arevy jest reaktor wodny ciśnieniowy generacji III+ typu EPR o mocy elektrycznej bloku 1650 MW i mocy cieplnej 4500 MW. Skrót EPR rozwijany jest zwykle jako ang. European Pressurized Reactor Europejski Reaktor Ciśnieniowy (dla podkreślenia europejskiego, czytaj francusko-niemieckiego, pochodzenia produktu), choć na niektórych rynkach poza UE stosuje się określenie ang. Evolutionary Power Reactor Ewolucyjny Reaktor Energetyczny, jeśli choćby ze względu na lokalne sojusze handlowe (np. w USA) niekorzystne jest podkreślanie jego europejskiego pochodzenia. Reaktor EPR powstał na bazie doświadczeń projektowych, produkcyjnych i eksploatacyjnych francuskich reaktorów typu N4 produkowanych przez Framatome oraz KONVOI niemieckiego Siemensa. Prace konstrukcyjne nad EPR rozpoczęły się w latach dziewięćdziesiątych XX w. W kolejnej dekadzie przystąpiono do jego komercjalizacji (Rys. 7). Podstawowym paliwem reaktora EPR jest co prawda niskowzbogacony (5%) uran U235, ale można w nim wykorzystywać także mieszane paliwo plutonowo-uranowe typu MOX, do produkcji którego wykorzystuje się między innymi pluton uzyskiwany z zakładów przerobu paliwa wypalonego lub pochodzący z likwidowanych arsenałów broni jądrowej. 30

32 Rozdział 3. Przykłady technologii współczesnych energetycznych reaktorów jądrowych Rysunek 7. Budowa EJ Flamanville 3 w Normandii [Areva NP] Reaktor EPR charakteryzuje się bardzo wysokim poziomem bezpieczeństwa wynikającym z zastosowania zarówno pasywnych jak i aktywnych układów bezpieczeństwa. Należy do nich zaliczyć m.in. cztery niezależne awaryjne układy chłodzące, każdy zdolny do schłodzenia reaktora po odstawieniu połączonym z całkowitym zanikiem zasilania spoza elektrowni. Reaktor otoczony jest szczelnym dwuwarstwowym murem obudowy bezpieczeństwa mającym w założeniu zabezpieczyć go przed skutkami upadku dużego samolotu (np. atak terrorystyczny) czy też nagłego wzrostu ciśnienia wewnątrz reaktora. Kolejnym środkiem bezpieczeństwa jest specjalny, podziemny zbiornik do którego spłynąć może materiał stopionego rdzenia, gdyby doszło to tego rodzaju katastrofalnej awarii (Rys. 8). Pierwszymi blokami elektrowni jądrowych z reaktorami EPR są Olkiluoto 3 (Finlandia) i Flamanville 3 (Francja), obecnie (2017 r.) praktycznie już ukończone a ich pełne uruchomienie spodziewane jest w 2018 r. Kolejne dwa reaktory EPR zostały zainstalowane w EJ Taishan w Chinach i mają zostać ukończone jeszcze w 2017 r. Kolejne dwa bloki z EPR powstać mają w najbliższych latach w EJ Hinkley Point C w Wielkiej Brytanii (początek budowy w 2019 r.). Projekt budowy bloku z EPR w EJ Paluel we Francji został zarzucony. Areva NP zabiega o sprzedaż reaktorów EPR poza Europę do Chin, Indii i USA. W budowie EJ Olkiluoto 3 i EJ Flamanville 3 wystąpiły duże opóźnienia, wynikające z prototypowego charakteru pierwszych blo- 31

33 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Rysunek 8. Przekrój bloku elektrowni jądrowej z reaktorem EPR firmy Areva [Areva NP] ków z reaktorami typu EPR. Dla usprawnienia realizacji kolejnych, nowych projektów elektrowni jądrowych, rząd francuski dokonał w połowie 2017 r. reorganizacji przemysłu jądrowego, powierzając budowę wszelkich bloków jądrowych firmie EDF, a produkcję paliwa jądrowego firmie Areva AP1000 (USA) Westinghouse Electric Company z siedzibą w Cranberry Township w Pensylwanii w USA należąca do międzynarodowej grupy przemysłowej Toshiba Corporation, jest jednym z pionierów w dziedzinie wykorzystania energii jądrowej do wytwarzania energii elektrycznej i jednym z głównych dostawców produktów i technologii dla elektrowni jądrowych na całym świecie. W 1957 r. w Shippingport (Pensylwania, USA) firma oddała do użytku swój pierwszy na świecie reaktor wodny ciśnieniowy. Obecnie technologia firmy Westinghouse jest podstawą działania około 50% eksploatowanych na świecie elektrowni jądrowych, w tym około 60% elektrowni w USA. AP w nazwie reaktora to skrót od ang. Advanced Passive reactor. Jego konstrukcja stanowi dalszy rozwój poprzedniej konstrukcji AP600. Blok zbudowany z wykorzystaniem reaktora AP1000 ma elektryczną moc znamionową 1100 MW. Jego budowa trwa normalnie ok. trzech lat a okres eksploatacji oceniany jest na 60 lat. Technologia reaktora Westinghouse AP1000, bazuje na doświadczeniach firmy Westinghouse wynikających ze skumulowanych 2500 lat pracy wszystkich reaktorów energetycznych (w tym głównie reaktorów energetycznych PWR drugiej generacji) tego producenta zainstalowanych na całym świecie. Reaktor odznacza się budową modułową z możliwością wykorzystania standardowych elementów wyprodukowanych przez lokalnych poddostawców. Konstrukcja bloku elektrowni z reaktorem AP1000 odznacza się wysoką 32

34 Rozdział 3. Przykłady technologii współczesnych energetycznych reaktorów jądrowych Rysunek 9. Wygląd zewnętrzny bloku elektrowni z reaktorem Westinghouse AP1000 [Westinghouse Electric] ekonomicznością budowy i utrzymania w ruchu. Przy budowie bloku zużywane są mniejsze ilości betonu i stali niż w dawniej realizowanych blokach z reaktorami drugiej generacji (Rys. 9). Blok z AP1000 ma również mniej komponentów i układów. Jest zatem mniej elementów wymagających instalacji, kontroli i zarządzania. Koszty budowy bloku AP1000 w krajach zachodnich oceniane są przez ekspertów na ok. od 4500 do 6000 USD na kilowat mocy zainstalowanej. W krajach Dalekiego Wschodu Chiny, Korea Południowa są około dwukrotnie niższe. Reaktor AP1000 zbudowany jest w oparciu o filozofię bezpieczeństwa pasywnego, tj. korzysta się w nim z rozwiązań opartych na działaniu sił grawitacji, naturalnej cyrkulacji czynnika chłodzącego, kondensacji i konwekcji, co daje większą pewność działania i uniezależnia od zewnętrznych źródeł zasilania w sytuacji poważnej awarii. AP1000 wyposażony jest w układ awaryjnego chłodzenia rdzenia złożony z: układu awaryjnego odprowadzania ciepła powyłączeniowego, układu awaryjnego wtrysku wody borowej i układu awaryjnego schładzania wnętrza budynku reaktora (Rys. 10). Końcowym rozpraszaczem ciepła dla bloku AP1000 jest otaczające powietrze atmosferyczne. 33

35 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Blok elektrowni z reaktorem AP1000 może być bezpiecznie wyłączony i odstawiony w stan działania całkowicie autonomicznego na okres 7 dni, polegając na pracy dwóch wzajemnie rezerwujących się agregatów prądotwórczych każdy o mocy 4 MW, bez konieczności dostawy paliwa (oleju napędowego) i innych dostaw spoza elektrowni. Baterie akumulatorów zapewniają dostawę energii dla układów prądu stałego przez czas do 72 godzin (3 doby). W przypadku pełnej utraty zasilania elektrycznego układ pasywnego chłodzenia obudowy bezpieczeństwa zapewnia bezpieczeństwo reaktora również przez 72 godziny. AP1000 ma już od dłuższego czasu certyfikat amerykańskiej Komisji Dozoru Jądrowego (NRC). Ponadto organizacja European Utility Requirements (EUR) potwierdziła zgodność reaktora AP1000 ze swoimi wytycznymi, co pozwala na wdrażanie tej technologii w Europie. Konsorcjum Westinghouse/Shaw buduje obecnie cztery bloki z reaktorami AP1000 w Chinach: dwa w EJ Sanmen w prowincji Zhejiang i dwa w EJ Haiyang w prowincji Shandong. Blok 1 elektrowni Sanmen będzie prawdopodobnie pierwszym pracującym blokiem z reaktorem AP1000. Jego uruchomienie oczekiwane jest w 2017 r. (opóźnienie ok. 3 lat wobec pierwotnego harmonogramu). Pierwsze cztery bloki AP1000 w Chinach budowane są jeszcze według wcześniejszej dokumentacji nie przewidującej zastosowania wzmocnionej obudowy bezpieczeństwa, odpornej na uderzenie dużego samolotu transportowego. Chiny oficjalnie przyjęły standard bloku z reaktorem AP1000 dla wszystkich elektrowni zlokalizowanych w głębi lądu z dala od wybrzeża morskiego. Kolejnymi elektrowniami z AP1000 mają być EJ Dafan w prowincji Hubei, EJ Taohuajiang w Hunan i EJ Pengze w Jiangxi. W 2014 r. zakłady China First Heavy Industries wyprodukowały własnymi siłami pierwszy licencyjny zbiornik reaktora AP 1000 przeznaczony dla drugiego bloku EJ Sanmen. Docelowa liczba bloków elektrowni z tym typem reaktora w Chinach może dojść w kolejnych dziesięcioleciach nawet do około 100. Kolejne cztery, identyczne bloki AP1000 miały powstać w Stanach Zjednoczonych: dwa w elektrowni Alvin W. Vogtle Electric Generating Plant (bloki 3 i 4) (Rys. 11), w hrabstwie Burke County w pobliżu Waynesboro w stanie Georgia oraz dwa w elektrowni Virgil C. Summer Nuclear Generating Station (bloki 2 i 3) w pobliżu Jenkinsville w Karolinie Południowej. W marcu 2017 r. firma Westinghouse Electric Company, złożyła wniosek o ogłoszenie upadłości z powodu 9 miliardów dolarów strat poniesionych na dwóch wyżej wymienionych amerykańskich projektach budowy 34

36 Rozdział 3. Przykłady technologii współczesnych energetycznych reaktorów jądrowych Rysunek 10. Przekrój bloku z reaktorem AP1000 (z lewej) i jego konstrukcja urządzeń obiegu pierwotnego [Westinghouse Electric] nowych bloków elektrowni jądrowych. Rząd Stanów Zjednoczonych przyznał 8,3 mld USD gwarancji pożyczkowych na finansowanie kontynuacji dwóch bloków budowy EJ Vogtle przez przedsiębiorstwo energetyczne Southern Nuclear. 31 lipca 2017 r. po wykonaniu szczegółowej analizy kosztów firma South Carolina Electric and Gas zdecydowała o zamknięciu budowy EJ Summer 2 i 3 uznając jej kontynuację za nieopłacalną. 30 czerwca 2014 r. firma Westinghouse Electric Company otrzymała zamówienie na budowę 7 bloku elektrowni w Kozłoduju w Bułgarii wykorzystującej reaktor AP1000. Wartość kontraktu wynosi ok. 5 mld. USD. Rozważana była budowa elektrowni w Moorside w pobliżu Sellafield w Wielkiej Rysunek 11. Budowa elektrowni Alvin W. Vogtle Electric Generating Plant w stanie Georgia w USA [Westinghouse Electric] 35

37 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Brytanii wyposażonej w 3 reaktory AP1000. W czerwcu 2016 r. Stany Zjednoczone podpisały z Indiami porozumienie o planowanej budowie 6 bloków z reaktorami AP1000 w tym kraju ABWR / ESBWR (USA, JAPONIA) Amerykańsko-japońskie konsorcjum od lat specjalizujące się w produkcji reaktorów wrzących typu BWR firma General Electric Hitachi Nuclear Energy (GEH) z siedzibą w Wilmington w stanie Karolina Północna w USA jest dostawcą nowoczesnych reaktorów jądrowych i innych produktów i usług z dziedziny energetyki jądrowej. Firma GEH wyspecjalizowała się w rozwoju technologii reaktora wodnego wrzącego (BWR), opracowanej i konsekwentnie wdrażanej przez General Electric od połowy lat pięćdziesiątych ubiegłego stulecia. Najnowszym produktem tej amerykańsko-japońskiej współpracy, jest reaktor ESBWR (ang. Economic Simplified Boiling Water Reactor Ekonomiczny Uproszczony Reaktor Wodny Wrzący), zbudowany na bazie doświadczeń z poprzedniej konstrukcji ABWR (ang. Advanced Boiling Water Reactor) powstałej w Japonii na początku lat dziewięćdziesiątych. Reaktor ESBWR (Rys. 12) zbudowany jest zgodnie z zasadą bezpieczeństwa pasywnego tzn. może pracować bez wykorzystania jakichkolwiek pomp, co znakomicie podwyższa jego niezawodność i bezpieczeństwo, zmniejszając również koszty konstrukcji. Wykorzystuje on naturalną cyrkulację chłodziwa wewnątrz zbiornika reaktora. Nie ma konieczności wykorzystywania pomp cyrkulacyjnych i połączonych z nimi rurociągów, dodatkowych źródeł zasilania, wymienników ciepła oraz urządzeń pomiarowych i sterujących dla tych układów. Układy bezpieczeństwa są pasywne, czyli nie wymagają zasilania w energię elektryczną, ani doprowadzania dodatkowej ilości wody przez ponad trzy dni, w dowolnych warunkach awaryjnych. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu w nich zjawisk fizycznych (siła grawitacji, konwekcja naturalna lub zmiana właściwości niektórych materiałów wraz z temperaturą). Takie układy według ekspertów są niezawodne nie mogą ulec zablokowaniu ani uszkodzeniu. Ocenia się, że pod względem współczynnika ryzyka, związanego z uszkodzeniem rdzenia reaktora w przypadku poważnej awarii, ESBWR jest ponad 200 razy bezpieczniejszy od jakichkolwiek reaktorów kategorii PWR. 36

38 Rozdział 3. Przykłady technologii współczesnych energetycznych reaktorów jądrowych Rysunek 12. Przekrój bloku z reaktorem ESBWR [General Electric Hitachi] Jednakże w reaktorze ESBWR tak jak i we wszystkich innych reaktorach wodnych wrzących, woda przepływająca przez rdzeń wydostaje się w postaci pary poza obudowę bezpieczeństwa, niosąc rozpuszczone w niej produkty rozszczepienia i zaktywowane produkty korozji. W przypadku rozerwania obiegu chłodzenia poza obudową, izotopy jodu i inne substancje radioaktywne rozpuszczone w wodzie mogą wydostać się do atmosfery, powodując narażenie radiologiczne ludności. W zależności od warunków meteorologicznych w czasie takiej awarii, może to oznaczać konieczność ustalenia wokoło reaktora ESBWR (Rys. 13) strefy ograniczonego użytkowania większej niż dla reaktorów wodnych ciśnieniowych. Na szczególną uwagę zasługuje uproszczenie konstrukcji: wyeliminowano m.in. 11 układów stosowanych w poprzednich konstrukcjach (w tym główne pompy cyrkulacyjne w układzie chłodzenia reaktora) a także 25% pomp, zaworów i silników. Reaktor ESBWR jest wyposażony w 1132 pręty paliwowe. Blok elektrowni z tym reaktorem osiąga moc cieplną 4500 MW i moc elektryczną MW. Certyfikat amerykańskiej Komisji Dozoru Jądrowego (NRC) został przyznany tej konstrukcji 16 września 2014 r. Reaktor ESBWR nie został jeszcze zakwalifikowany do żadnej budowy nowego bloku elektrowni jądrowej, co dla GEH stanowi pewne ryzyko w przypadku 37

39 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych klientów oczekujących dostawy już sprawdzonej technologii reaktorowej. Przedstawiciele firmy GEH ripostują, twierdząc że ESBWR stanowi ewolucyjne rozwinięcie konstrukcji reaktorów ABWR, których kilka pracuje już w Japonii i których budowę rozpoczęto i zatrzymano na Tajwanie: l EJ Kashiwazaki-Kariwa w Japonii (bloki 6 i 7 uruchomione w 1996 r.); l EJ Shika 2 w Japonii (uruchomiony w 2005 r.); l EJ Hamaoka 5 w Japonii (uruchomiony w 2005 r. ale wyłączony w 2011 r.); l l Rysunek 13. Wygląd zewnętrzny elektrowni z reaktorem ESBWR [General Electric Hitachi] EJ Shimane 3 w Japonii (w budowie); EJ Lungmen 1 i 2 na Tajwanie (budowa zawieszona w 2014 r.). Jeden blok ABWR planowany jest w EJ Ōma w Japonii (rozpoczęcie budowy 2021 r.) a dwa w EJ South Texas w USA. General Electric Hitachi miała być dostawcą technologii dla nowej litewskiej elektrowni jądrowej Visaginas zlokalizowanej w pobliżu zamkniętej EJ Ignalina, ale Litwa zrezygnowała z realizacji tego projektu APR-1400 (REPUBLIKA KOREI) Interesującym graczem na rynku światowej energetyki jądrowej jest południowokoreańska firma Korea Hydro & Nuclear Power w skrócie KHNP. Oferuje ona nowoczesny reaktor wodny ciśnieniowy typu APR-1400 (ang. Advanced Power Reactor; moc elektryczna bloku to 1400 MW, moc 38

40 Rozdział 3. Przykłady technologii współczesnych energetycznych reaktorów jądrowych cieplna 3983 MW), poprzednio nazywany KNGR ang. Korean Next Generation Reactor) stanowiący rozwinięcie wcześniejszej koreańskiej konstrukcji OPR-1000, z pewnymi rozwiązaniami amerykańskich reaktorów System 80+ nieistniejącej już dziś firmy Combustion Engineering (Rys. 14). Pierwsze dwa reaktory typu APR-1400 zostały zainstalowane w EJ Shin-Kori w Korei Południowej. Budowa dwóch bloków EJ Shin- -Kori 3 i 4 ruszyła jesienią 2008 r. Shin-Kori 3 ukończono na jesieni 2015 r. i uruchomiono 12 grudnia 2016 r. Shin-Kori 4 ma dostarczyć energię do sieci w końcu 2018 r. Rozpoczęcie budowy kolejnych bloków 5 i 6 w tej samej elektrowni zaplanowane odpowiednio na 2016 i 2017 r. jest obecnie zawieszone. Dwa nowe bloki (1 i 2) z reaktorami APR-1400 powstają obecnie w EJ Shin-Hanul (Rys. 15). Zostaną one oddane do użytku odpowiednio w kwietniu 2018 i lutym 2018 r. Kolejne dwa (bloki 3 i 4), których uruchomienie planowano w 2023 r. są obecnie zawieszone. APR-1400 zasługuje na szczególną uwagę, ze względu na spektakularny sukces eksportowy odniesiony przez Koreańczyków w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, gdzie w grudniu 2009 r. wyeliminowali oni z gry o wiele bardziej doświadczonych konkurentów francuskich i amerykańskich w rywalizacji na dostawę technologii reaktorowej dla nowobudowanej EJ Barakah. Konstrukcja bloków 1 i 2 rozpoczęła się w 2012 r. W kolejnych Rysunek 14. Przekrój bloku elektrowni z reaktorem KHNP APR-1400 [KHNP] 39

41 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Rysunek 15. Elektrownia Jądrowa Shin-Hanul [KHNP] dwóch latach rozpoczęto budowę bloków 3 i 4. Pierwszy blok w EJ Barakah został ukończony 5 maja 2017 r. i będzie uruchomiony, gdy uda się przeszkolić i licencjonować załogę tego reaktora. Kolejne trzy bloki mają być włączane odpowiednio w 2018, 2019 i 2020 r. Znaczący sukces własnego reaktora III. generacji na rynku krajowym i eksportowym zachęcił Koreańczyków do działań w kierunku sprzedaży tej technologii także do innych krajów. W ramach ambitnego programu rozwojowego powstała wersja reaktora APR-1400 nazwana APR+, która otrzymała oficjalną certyfikację w dniu 14 sierpnia 2014 r. Charakteryzuje się ona znacznie podwyższonym bezpieczeństwem eksploatacji. Rdzeń APR+ wyposażony jest w 257 zespołów paliwowych (o 16 więcej niż w APR-1400) w celu zwiększenia mocy elektrycznej do 1550 MW. Zastosowano zwiększoną redundancję systemów bezpieczeństwa dla podniesienia niezawodności reaktora WWER-1200 (ROSJA) Pośród dostawców technologii reaktorów energetycznych lekkowodnych trzeciej generacji nie sposób pominąć rosyjskiego Atomstrojeksportu 40

42 Rozdział 3. Przykłady technologii współczesnych energetycznych reaktorów jądrowych z Moskwy, wchodzącego w skład holdingu Atomenergoprom. Reaktory ciśnieniowe-wodne rodziny WWER (ros. Водо-водяной энергетический реактор) zaczęto produkować w byłym ZSRR już w latach sześćdziesiątych. Zwiększano moc i wymiary, uwzględniając doświadczenia eksploatacyjne wielu bloków. Prawdopodobnie najbardziej rozpowszechnionym typem tej rodziny jest WWER-440, przewidziany do zastosowania w nieukończonej EJ Żarnowiec (patrz rozdział 1) i z powodzeniem zastosowany w elektrowniach naszych południowych sąsiadów: Dukovany (Czechy), Mochowce i Bohunice (Słowacja) oraz Paks (Węgry). Zmodyfikowana wersja WWER, model V213, powstała z uwzględnieniem zasad bezpieczeństwa jądrowego praktycznie po raz pierwszy w konstrukcjach reaktorów powstających w byłym ZSRR. Została ona wyposażona w dodatkowe systemy awaryjnego chłodzenia rdzenia oraz dodatkowe systemy wody zasilającej, a także ulepszone systemy lokalizowania awarii. Kolejną, mocniejszą wersję WWER-1000 zaczęto projektować w II połowie lat 70-tych. Reaktor ten użyty np. w elektrowni Temelin w Czechach, zaopatrzony jest w cztery pętle chłodzenia umieszczone we wspólnej obudowie bezpieczeństwa, automatyczne systemy sterowania i elementy bezpieczeństwa pasywnego charakterystyczne dla reaktorów III generacji powstających równolegle w krajach zachodnich. Aktualnie flagowym modelem rosyjskiego reaktora jest WWER-1200, zastosowany w elektrowniach EJ Leningrad II i EJ Nowoworoneż II w Federacji Rosyjskiej. W reaktory WWER-1200 wyposażona będzie budowana aktualnie w pobliżu granicy naszego kraju (265 km od Suwałk) Białoruska Elektrownia Jądrowa w Ostrowcu nad Wiliją (Rys. Rysunek 16. Tak docelowo wyglądać ma budowana obecnie Białoruska Elektrownia Jądrowa w Ostrowcu [Atomstrojeksport] 41

43 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych 16). Będzie ona wyposażona w dwa reaktory wodne ciśnieniowe typu WWER-1200, z których pierwszy ma być uruchomiony w 2018 r. zaś drugi w 2020 r. Docelowo rozważana jest dostawa kolejnych dwóch bloków tego samego typu. Podobna elektrownia z reaktorami WWER-1200 powstać ma na południowym wybrzeżu Turcji w Akkuyu, w centrum najmniej sejsmicznego regionu tego kraju. Uruchomienie pierwszego bloku w pierwszej tureckiej elektrowni jądrowej zaplanowane jest na 2022 r. Kolejnym odbiorcą reaktorów WWER-1200 są Węgry, gdzie dwie takie jednostki zainstalowane zostaną w blokach 5 i 6 EJ Paks w latach oraz Finlandia EJ Hanhikivi EC6 (KANADA) Kanadyjska Firma Candu Energy Inc. z siedzibą w Mississauga, w prowincji Ontario będąca częścią koncernu SNC-Lavalin Inc., jest obecnie spadkobiercą ponad 50 lat rozwoju reaktorów ciężkowodnych ciśnieniowych CANDU (ang. CANadian Deuterium Uranium), w których rolę moderatora i chłodziwa pełni ciężka woda. Poprzednio konstrukcjami kanadyjskich reaktorów energetycznych zajmowała się firma Atomic Energy of Canada Limited (AECL). Technologia CANDU odznacza się możliwością stosowania w reaktorach wielu różnych rodzajów paliw jądrowych począwszy od niewzbogaconego uranu, lekko wzbogaconego uranu, paliwa wytworzonego z przetworzenia zużytych elementów paliwowych wykorzystanych wcześniej w reaktorach lekkowodnych, plutonu, uranu otrzymywanego z toru i innych. W Kanadzie pracuje obecnie 19 reaktorów CANDU różnych generacji (5 najstarszych zostało wyłączonych). Jedynym krajem w Europie, w którym działa elektrownia jądrowa wykorzystująca technologię CANDU jest Rumunia. Dwa reaktory tego typu pracują odpowiednio od 1996 i 2007 r. w EJ Cernavodă oraz planowane są dodatkowe jednostki. Obecnie oferowanym typem kanadyjskiego reaktora ciężkowodnego jest EC6 (Enhanced CANDU 6). Blok wyposażony w reaktor EC6 odznacza się nieco mniejszą mocą elektryczną niż inne opisane powyżej reaktory lekkowodne trzeciej generacji MW (w zależności od konkretnej aplikacji). EC6 spełnia wymagania typowe dla trzeciej generacji reaktorów energetycznych obejmujące m.in. ulepszoną technologię paliwową, większą sprawność cieplną oraz zabezpieczenia pasywne (Rys. 17). 42

44 Rozdział 3. Przykłady technologii współczesnych energetycznych reaktorów jądrowych Rysunek 17. Bloki 1 i 2 Elektrowni Jądrowej Qinshan w Chinach wyposażone w kanadyjskie reaktory typu CANDU 6 [Atomic Energy of Canada Limited] Prowadzone przez kilkanaście lat prace nad reaktorem CANDU o mocy elektrycznej bloku rzędu 1000 MW są obecnie wstrzymane. W reaktorze tym nazywanym CANDU (ACR) lub ACR-1000 planowano połączyć cechy istniejących reaktorów ciężkowodnych z niektórymi funkcjami reaktorów ciśnieniowych (PWR) chłodzonych lekką wodą. Pętle chłodzenia wykorzystujące ciężką wodę miały zostać zastąpione układami korzystającymi z wody lekkiej, co mogło znacząco przyczynić się do obniżenia kosztów eksploatacji HUALONG ONE (HL 1000) / HPR1000 (CHINY) Chiny przez kilka dziesięcioleci były importerem technologii reaktorów energetycznych z Europy Zachodniej, USA, Rosji i Kanady. Obecnie dzięki pracom rozwojowym prowadzonym przez China General Nuclear Power Group CGNPG (poprzednio China Guangdong Nuclear Power) mogą się stać znaczącym producentem tych urządzeń na rynek własny jak i eksporterem na rynki zagraniczne. Bazą dla rozwoju chińskiego reaktora energetycznego generacji II+ typu CPR-1000 z trzema pętlami chłodzenia stał się francuski reaktor o mocy elektrycznej bloku 900 MW (identyczny z reaktorami zainstalowanymi w blokach 5 i 6 w EJ Gravelines we Francji). W udoskonalonej wersji opracowanej dla potrzeb rynku chińskiego moc elektryczną bloku podniesiono do 1000 MW. Oczekiwany okres eksploatacji reaktora wynosi 60 lat. Pierwszy blok Ling Ao-3 z reaktorem CPR-1000 został włączony do sieci w lipcu 2010 r. Reaktor zastosowano z powodzeniem także w kilku innych elektrowniach jądrowych w Chinach. 43

45 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych W 2010 r. przedsiębiorstwo CGNPG powiadomiło o podjęciu prac nad wersją ACPR1000 spełniającą wymagania typowe dla trzeciej generacji reaktorów energetycznych i stopniowym zastępowaniu elementów na licencji zachodniej częściami o rodzimym pochodzeniu. Wypadek w elektrowni Fukushima spowodował, że do projektu udoskonalonego reaktora chińscy konstruktorzy wprowadzili dodatkowe rozwiązania służące poprawie bezpieczeństwa. Począwszy od 2011 r. CGNPG przystąpiło do stopniowej integracji projektu ACPR1000 z projektowanym równolegle przez China National Nuclear Corporation reaktorem ACP1000. Obie konstrukcje miały identyczny układ chłodzenia o francuskim rodowodzie z trzema pętlami, ale inną budowę rdzenia. Na początku 2014 r. oznajmiono, że projekt nowego reaktora wszedł w fazę szczegółowego opracowania. Moc elektryczną bloku powiększono do 1170 MW brutto i 1090 MW netto. Zastosowano zarówno pasywne jak i aktywne układy bezpieczeństwa, a także osłonę zewnętrzną budynku reaktora o podwójnych ścianach. W zamierzeniu wszystkie te działania prowadzą do otwarcia drogi do samodzielnego eksportu technologii reaktorowej. Nowy reaktor otrzymał nazwę Hualong one i oznaczenie HPR1000. Z kolei na potrzeby eksportowe technologię tego reaktora oznaczono HL1000. Ostatecznie w październiku 2014 r. nowy reaktor został sklasyfikowany przez chińskiego narodowego regulatora energetyki jądrowej jako Rysunek 18. Budowa bloków 5 i 6 w EJ Fuqing, w których zastosowano chińskie reaktory typu Hualong one [China Nuclear E&C Group] 44

46 Rozdział 3. Przykłady technologii współczesnych energetycznych reaktorów jądrowych Tabela 1. Porównanie podstawowych parametrów technicznych omawianych reaktorów energetycznych Typ bloku/ reaktora EPR AP1000 ESBWR APR-1400 WWER-1200 EC6 Hualong One / HL 1000 Producent (kraj) Areva NP/ EDF (Francja) Westinghouse (USA) GE Hitachi Nuclear Energy (USA, Japonia) Korea Hydro & Nuclear Power (KHNP) (Republika Korei) Atomstrojeksport / Atomenergoprom (Rosja) Candu Energy Inc. SNC Lavallin (Kanada) China General Nuclear Power Group (Chiny) Rodzaj reaktora ciśnieniowywodny (PWR) ciśnieniowywodny (PWR) wrzącywodny (BWR) ciśnieniowywodny (PWR) ciśnieniowywodny (PWR) ciśnieniowyciężkowodny (PHWR) ciśnieniowywodny (PWR) Moc cieplna bloku [MW] około 3000* Moc elektryczna bloku netto [MW] Liczba pętli chłodzenia *brak dokładnych danych 45

47 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych spełniający wymagania generacji III. Uznano również, że nie ma już ograniczeń związanych z własnością intelektualną mogących stanowić przeszkodę dla eksportu tych urządzeń. Pierwszymi blokami z nowym typem reaktora będą Fuqing 5 i 6 w Chinach (Rys. 18). Po nich planowana jest budowa bloków Fangjiashan 3 i 4 oraz Fangchenggang 3 i 4. Kolejne dwa reaktory mają zostać dostarczone do Karachi Nuclear Power Complex w Pakistanie. W 2020 r. spodziewane jest rozpoczęcie budowy elektrowni z tym typem reaktora w Argentynie. Na początku 2017 r. władze brytyjskie przystąpiły do oceny możliwości zastosowania bloku z chińskim reaktorem w elektrowni Bradwell we wschodniej Anglii. W 2017 r. konsorcjum CGN złożyło również formalną aplikację o wydanie oceny zgodności oferowanej technologii z wymaganiami EUR co świadczy o zamiarze jej eksportu na rynki europejskie. 46

48 Rozdział 4 UKŁADY I URZĄDZENIA ELEKTRYCZNE NOWOCZESNEJ ELEKTROWNI JĄDROWEJ 4.1. WPROWADZENIE Elektrownia jądrowa jest złożonym układem, w którym następuje zarządzanie ogromnymi ilościami energii w kilku rodzajach przemian energetycznych, począwszy od energii jądrowej izotopu poprzez kontrolowaną reakcję łańcuchową, aż do energii gorącej wody i pary pod ciśnieniem, energii wirującej masy turbozespołu i wreszcie energii elektrycznej. Przemiany te muszą być sterowane przy zachowaniu określonych rygorów bezpieczeństwa i niezawodności. Układy elektryczne elektrowni jądrowej, w tym zasilania podstawowego i awaryjnego potrzeb własnych oraz rozbudowane układy sterowania muszą być odporne na degradację spowodowaną starzeniem oraz ekspozycję na ekstremalne czynniki środowiskowe: temperaturę, ciśnienie, wilgotność, promieniowanie jonizujące i wibracje (w tym zagrożenia sejsmiczne), a także na pożar ZAPEWNIENIE NIEZAWODNOŚCI ZASILANIA ELEKTRYCZNEGO POTRZEB WŁASNYCH Część elektryczna elektrowni jądrowej [5], [6] zasadniczo jest bardzo podobna do analogicznych układów elektrycznych dużych konwencjonalnych elektrowni cieplnych opalanych np. węglem [4]. Prawidłowa praca elektrowni jądrowej wymaga działania wielu tysięcy urządzeń elektrycznych biorących pośredni i bezpośredni udział w procesach przemian energetycznych pomp, zaworów, wentylatorów, różnorakich rodzajów napędów silnikowych, oświetlenia elektrycznego oraz rozbudowanych układów elektronicznych, a także tysięcy kilometrów kabli: automatyki, 47

49 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych sterowania, przetwarzania danych i innych. Układy napędowe energetycznych urządzeń elektrowni razem z układem zasilania elektrycznego z zakładowej sieci rozdzielczej, tworzą układ potrzeb własnych elektrowni. Istotne różnice pomiędzy układami elektrycznymi elektrowni jądrowych a konwencjonalnych elektrowni cieplnych, występują właśnie w układach zasilania potrzeb własnych. W elektrowni jądrowej są one bardziej rozbudowane ze względu na konieczność uzyskania wyższej pewności zasilania odbiorników, konieczność zapewnienia zasilania elektrycznego układu chłodzenia reaktora dla odprowadzenia mocy cieplnej wytwarzanej w rdzeniu podczas pracy reaktora, tzw. ciepła powyłączeniowego, a także wskutek istnienia grupy odbiorników, które ze względów bezpieczeństwa pracują także podczas odstawienia bloku, a nawet w razie braku zasilania z sieci energetyki zawodowej. W elektrowniach jądrowych z reaktorami ciśnieniowymi wodnymi drugiej generacji zapotrzebowanie układów potrzeb własnych wynosi od ok. 4,5 do 6% całości wytwarzanej mocy elektrycznej. Głównymi odbiornikami energii są tu: pompy zasilające (1,5 2%), główne pompy cyrkulacyjne (1,25 1,35%), pompy wody chłodzącej skraplacze (ok. 0,74%) oraz pompy skroplin (ok. 0,2%) [9]. Zasilanie odbiorników energii elektrycznej potrzeb własnych elektrowni jądrowej realizuje się poprzez: sieć średniego napięcia przemiennego (zwykle o 6 kv lub 10 kv) *, z której zasilane są silniki i inne odbiorniki dużej mocy (powyżej 200 kw), sieć niskiego napięcia przemiennego (400 V, 690 V) *, sprzęgniętą z siecią SN transformatorami SN/nn, zapewniającą zasilanie silników mniejszej mocy (poniżej 200 kw), innych odbiorników niskiego napięcia, instalacji ogrzewania, wentylacji, klimatyzacji, oświetlenia, zasilaczy urządzeń elektronicznych itp. sieć napięcia stałego 220 V *, z bateriami akumulatorów ładowanymi z sieci prądu przemiennego poprzez prostowniki, mogącą zasilać również odbiorniki prądu przemiennego poprzez falowniki. W przypadku elektrowni z reaktorami PWR drugiej generacji zapewnienie zasilania głównych pomp cyrkulacyjnych po awaryjnym wyłączeniu i utracie podstawowego zasilania obwodów potrzeb własnych było kluczowym zagadnieniem. Podstawowym zadaniem jest tu odprowadzenie z reaktora ciepła powyłączeniowego dla zapobieżenia stopieniu rdzenia i powstaniu jego nieodwracalnego uszkodzenia. Wprowadzenie układów * Podane tu przykładowe wartości napięć mogą różnić się w zależności od wykonawcy lub kraju zainstalowania danej EJ. 48

50 Rozdział 4. Układy i urządzenia elektryczne nowoczesnej elektrowni jądrowej bezpieczeństwa pasywnego we współczesnych reaktorach trzeciej generacji istotnie powiększyło dostępny margines bezpieczeństwa, choć zapewnienie zasilania elektrycznego potrzeb własnych elektrowni jądrowej ma w dalszym ciągu znaczenie priorytetowe. Zgodnie z zasadami wprowadzonymi przez MAEA (patrz Załącznik A-3) wszystkie struktury, systemy i elementy ważne dla bezpieczeństwa a w tym i urządzenia elektryczne muszą być klasyfikowane na podstawie ich funkcji i ich znaczenia dla bezpieczeństwa. Przy klasyfikacji bierze się pod uwagę: Funkcje bezpieczeństwa, wykonywane przez dany element, Konsekwencje nie spełnienia funkcji bezpieczeństwa, Częstość, z jaką dany element będzie potrzebny do wypełnienia funkcji bezpieczeństwa, Czas po wydarzeniu inicjującym, po którym, lub w ciągu którego, dany element będzie musiał wypełnić funkcję bezpieczeństwa. Im wyższa klasa bezpieczeństwa, do której należy dane urządzenie, tym ostrzejsze wymagania odnośnie jego niezawodności i odporności na obciążenia eksploatacyjne i awaryjne. Producent urządzenia musi udowodnić, że urządzenie dostarczane przezeń do elektrowni jądrowej rzeczywiście spełnia te wymagania. Proces sprawdzania zgodności danego urządzenia z wymaganiami dla danej klasy bezpieczeństwa nosi nazwę kwalifikowania urządzenia i jest niezbędnym etapem przed odbiorem urządzenia przez kontraktora budującego elektrownię jądrową. Dla elektrowni drugiej generacji w zależności od wymaganej pewności zasilania odbiory potrzeb własnych podzielone są na 3 kategorie [6], [9]: Kategoria I: Przerwa w zasilaniu w energię elektryczną nie jest dopuszczalna ani w ruchu normalnym, ani podczas awarii (możliwe są przerwy w zasilaniu krótsze niż 1 sekunda tylko dla pojedynczych odbiorów). Do kategorii I zalicza się układy sterowania, nadzoru i zabezpieczeń reaktora, przyrządy kontrolne i pomiarowe oraz obwody automatyki, awaryjne oświetlenie i układy łączności. Kategoria II: Dopuszczalne są krótkotrwałe przerwy w zasilaniu w energię elektryczną od 15 s do 3 min. Do kategorii tej zalicza się urządzenia do utrzymywania ruchu chłodziwa w obiegu pierwotnym oraz do odprowadzenia ciepła powyłączeniowego z urządzeń reaktora, układy chłodzenia głównych pomp cyrkulacyjnych, układy pomocnicze do odstawienia turbozespołu, ważne układy wentylacyjne i urządzenia dozymetryczne. Kategoria III: Zanik zasilania tych odbiorów prowadzi jedynie do zmniejszenia dyspozycyjności, bez istotnego wpływu na bezpieczeństwo. 49

51 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych W celu osiągnięcia jak najwyższej niezawodności zasilania potrzeb własnych elektrowni jądrowych przyjęto stosować następujące zasady ich projektowania i budowy: musi istnieć kilka alternatywnych źródeł zasilania: sieć energetyki zawodowej dwa źródła zasilania najlepiej z niezależnych linii /części sieci; zapasowe źródła zasilania na terenie elektrowni agregaty prądotwórcze z silnikami spalinowymi, baterie akumulatorów itp.; urządzenia rozdzielcze (rozdzielnice) średniego napięcia muszą być podzielone na niezależne sekcje; odbiorniki energii elektrycznej muszą być podzielone na sekcje z punktu widzenia zadań technologicznych i wymagań bezpieczeństwa; muszą być zastosowane urządzenia rozdzielcze zapewniające szybkie przełączanie dla przywrócenia zasilania wyłączonych odbiorników (czas poniżej 1 sekundy). Wszystkie urządzenia należące do klas bezpieczeństwa muszą przejść proces kwalifikowania, w którym urządzenie poddaje się najpierw długotrwałym obciążeniom odpowiadającym normalnym parametrom środowiska przy pracy elektrowni, a następnie obciążeniom awaryjnym. Do kwalifikacji urządzeń wybiera się najbardziej niekorzystne warunki otoczenia, jakie by panowały w razie gdyby urządzenia te musiały funkcjonować. Podczas projektowania i kwalifikowania uwzględnia się skutki starzenia dla funkcjonowania normalnego i odbiegającego od normy. Kwalifikacja urządzeń elektrowni jądrowej jako związanych bezpośrednio z bezpieczeństwem pracy opisana jest np. w normie IEEE 323 Standard for Qualifying Class 1E Equipment for Nuclear Power Generating Stations (Norma dla kwalifikacji urządzeń Klasy 1E dla elektrowni jądrowych, obecnie istniejąca jako wspólna norma: IEC/IEEE International Standard :2016 Nuclear facilities Electrical equipment important to safety Qualification). Opisuje ona podstawowe wymagania dotyczące kwalifikowania urządzeń elektrycznych ważnych dla bezpieczeństwa i interfejsów (elektrycznych i mechanicznych), które mają być stosowane w obiektach jądrowych. Opisane zasady, metody i procedury służą do kwalifikowania sprzętu, utrzymania i rozszerzania kwalifikacji oraz aktualizacji wymaganych kwalifikacji, jeśli sprzęt poddawany jest modyfikacjom. Klasa urządzeń elektrycznych 1E odnosi się wprost do urządzeń i układów związanych z bezpieczeństwem. Na przykład: do klasy 1E są zaliczane agregaty prądotwórcze napędzane silnikami wysokoprężnymi, a także urządzenia 50

52 Rozdział 4. Układy i urządzenia elektryczne nowoczesnej elektrowni jądrowej pomiarowe monitorujące strumień neutronów w rdzeniu reaktora czy poziom promieniowania wewnątrz obudowy bezpieczeństwa. Warto tu zauważyć, że klasa 1E dla urządzeń elektrycznych wynika z funkcji realizowanych przez nie w układach elektrowni jądrowej, a nie specyfikacji technicznej jaką spełniają. Na przykład wyłącznik niskiego napięcia będący częścią zamienną, spełniający wszystkie wymagania do użycia w instalacjach elektrowni jądrowej, nie jest komponentem 1E tak długo, jak pozostaje w magazynie nie zainstalowany. W chwili zamontowania w rozdzielnicy w celu rozdzielenia obwodów klasy 1E od innych obwodów (non-class 1E), staje się on komponentem klasy 1E. Komponenty elektrowni jądrowej klasyfikowane są w USA w klasie 1E w dwóch podkategoriach, w zależności od tego czy mają funkcjonować w warunkach poważnego wypadku polegającego na utracie chłodzenia reaktora LOCA (ang. Loss Of Cooling Accident): 1E LOCA odpowiednik francuski K1 oraz 1E non-loca odpowiednik francuski K ELEMENTY FUNKCJONALNE ELEKTROWNI JĄDROWEJ I ICH CZĘŚĆ ELEKTRYCZNA Wyspa jądrowa Wyspa jądrowa określenie przyjęte we współczesnej elektroenergetyce z języka angielskiego (ang. nuclear island), stanowi serce elektrowni. Tworzą ją: budynek reaktora wraz z obudową bezpieczeństwa, budynki pomocnicze, budynek paliwa jądrowego i budynek odpadów. Z punktu widzenia funkcji realizowanych w podstawowym procesie technologicznym elektrowni, urządzenia wyspy jądrowej tworzą układ wytwarzania pary (NSSS ang. Nuclear Steam Supply System) wraz z towarzyszącymi mu układami bezpieczeństwa: reaktor zawierający rdzeń oraz układy sterowania prętami paliwowymi, pompy chłodzące reaktora (RCP ang. Reactor Coolant Pumps), zapewniające cyrkulację chłodziwa, stabilizator ciśnienia (w przypadku reaktora PWR), wykorzystywany do regulacji ciśnienia w obiegu pierwotnym chłodziwa, generatory pary (w przypadku reaktora PWR), gdzie ciepło wymieniane jest pomiędzy obiegiem pierwotnym a wtórnym. W przypadku wyspy jądrowej bloku elektrowni Olkiluoto 3 z reaktorem typu Areva EPR (Rys. 19) zasilanie główne średniego napięcia zapewniają cztery niezależne, odpowiednio odseparowane od siebie, rozdzielnice 51

53 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Rysunek 19. Schemat elektryczny zasilania układów potrzeb własnych EJ Olkiluoto 3 z reaktorem Areva EPR. Objaśnienia skrótów: EDG, SBO agregaty zasilania awaryjnego, RCP główne pompy cyrkulacyjne reaktora 10 kv. Szyny zbiorcze każdej z rozdzielnic 10 kv zasilane są z jednej z analogicznych czterech rozdzielnic znajdujących się w wyspie turbinowej poprzez pola dopływowe. Dodatkowo każda spośród czterech rozdzielnic 10 kv wyspy turbinowej może być zasilana z jednego z czterech głównych agregatów prądotwórczych napędzanych silnikiem wysokoprężnym, każdy o mocy 7,8 MVA. Dodatkowo szyny zbiorcze agregatów prądotwórczych mogą zostać w razie potrzeby zasilone ze znajdującej się w pobliżu (w kompleksie EJ Olkiluoto) elektrowni napędzanej turbiną gazową. Oprócz czterech podstawowych agregatów dieslowskich 7,8 MVA na terenie elektrowni znajdują się jeszcze dwa inne agregaty, każdy o mocy ok. 3 MVA pracujące na napięciu niskim, które można również wykorzystać do zasilania obwodów potrzeb własnych bloku jądrowego, podłączając je poprzez transformatory SN/nn. Rozdzielnice 10 kv wyspy turbinowej zapewniają zasilanie wszystkich napędów zasilanych napięciem średnim, poza czterema głównymi pompami chłodzącymi reaktora RCP. Pompy te podłączone są bowiem bezpośrednio do szyn zbiorczych czterech rozdzielnic wyspy turbinowej. Napięcia przemienne niskie: 400 V i 690 V uzyskiwane są z transformatorów zasilonych po stronie napięcia górnego z czterech rozdzielnic 10 kv. 52

54 Rozdział 4. Układy i urządzenia elektryczne nowoczesnej elektrowni jądrowej Do najważniejszych elementów wyposażenia elektrycznego wyspy jądrowej należą: Napędy elektryczne prętów regulacyjnych CRDM (ang. Control Rod Drive Mechanism). Urządzenia te pracują w ekstremalnie trudnych warunkach, narażone na promieniowanie, wysoką temperaturę i wibracje. Funkcjonalnie CRDM jest siłownikiem elektromagnetycznym zaopatrzonym w specjalne uszczelnienia, umocowanym do górnej części obudowy reaktora. Jego zadaniem jest precyzyjne wsuwanie i wysuwanie pręta paliwowego do/z rdzenia reaktora regulując tym samym jądrową reakcją łańcuchową. Wszystkie elementy siłowników CRDM są przebadane pod kątem odporności na wstrząsy sejsmiczne. Napędy elektryczne głównych pomp cyrkulacyjnych. Pompa ta składa się z trzech głównych podzespołów: pompy wodnej odśrodkowej, układu uszczelnienia wału i silnika elektrycznego napędu pompy. Jest ona zaopatrzona w koło zamachowe zapewniające płynną pracę, szczególnie w przypadku chwilowej utraty zasilania. W reaktorze PWR pompa przetłacza wodę pod ciśnieniem ok. 16 MPa o temperaturze ok. 290 C. Jej napęd stanowi elektryczny silnik indukcyjny średniego napięcia (na ogół 6 lub 10 kv) dużej mocy (od 4 do 13 MW) z chłodzeniem powietrznym bądź wodnym. Napędy elektryczne pomp rezerwowych, zaworów, wentylatorów itp. układy sterowania, pomiarów, ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji, instalacja oświetleniowa, przeciwpożarowa, telewizji przemysłowej, kontroli dostępu itp. Łącznie okablowanie elektryczne wyspy jądrowej (np. reaktora typu EPR) wymaga użycia ok km różnego rodzaju kabli: zasilających SN i nn, sterowniczych i pomiarowych Wyspa turbinowa Wyspa turbinowa (konwencjonalna) elektrowni jądrowej jest pod względem konstrukcyjnym i funkcjonalnym bardzo zbliżona do analogicznych rozwiązań stosowanych w klasycznych elektrowniach cieplnych. Zawiera ona większość urządzeń związanych z podstawowym obiegiem termodynamicznym części cieplnej elektrowni, poza generatorami pary, wchodzącymi w skład wyspy jądrowej. W porównaniu do elektrowni konwencjonalnych, wyspa turbinowa w elektrowniach jądrowych musi spełniać znacznie surowsze wymagania w zakresie zapewniania jakości i sterowania, ze względu na wpływ, jaki jej praca może mieć na część jądrową całego obiektu. 53

55 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Rysunek 20. Generator typu SGen5 4000W produkcji firmy Siemens przeznaczony do zastosowania w turbozespołach elektrowni jądrowych: 1 pierścień utrzymujący; 2 rdzeń stojana; 3 uzwojenie stojana; 4 zakończenie uzwojenia stojana; 5 przyłącza układu chłodzenia; 6 połączenie z wałem turbiny, 7 dmuchawa, 8 uzwojenie wirnika, 9 wał wirnika, 10 korpus generatora, 11 skrzynka wyprowadzenia obwodów głównych z izolatorami przepustowymi; 12 obudowa łożyska; 13 uszczelnienie układu chłodzenia wodorowego; 14 końcówka wału od strony układu wzbudzenia [Siemens] Podstawowymi elementami wyspy turbinowej są: Turbina parowa przetwarzająca energię pary wodnej pod ciśnieniem na energię ruchu obrotowego części wirującej turbozespołu; Generator synchroniczny przetwarzający energię mechaniczną ruchu obrotowego turbozespołu na energię elektryczną (Rys. 20). Przykładowo w EJ Olkiluoto 3 zastosowany został generator synchroniczny produkcji firmy Siemens pracujący przy napięciu znamionowym 27 kv + 5%, o mocy elektrycznej MW, częstotliwości 50 Hz i znamionowej prędkości obrotowej 1500 obr. /min. Stojan generatora ma bezpośrednie chłodzenie wodne uzwojeń i chłodzenie wodorowe rdzenia. Wirnik ma konfigurację 4-biegunową z uzwojeniami bezpośrednio chłodzonymi wodorem i bezszczotkowym układem wzbudzenia. Konstrukcja tego generatora wywodzi się z generatorów Siemensa MVA typu Konvoi stosowanych od wielu dziesięcioleci w niemieckich elektrowniach jądrowych; 54

56 Rozdział 4. Układy i urządzenia elektryczne nowoczesnej elektrowni jądrowej W drugiej elektrowni budowanej z reaktorem Areva EPR EJ Flamanville 3 zastosowano podobny generator, ale wyprodukowany przez firmę Alstom (obecnie General Electric). Skraplacz i układ chłodzenia. Skraplacz jest wymiennikiem ciepła wykorzystywanym do skraplania niskociśnieniowej pary wodnej odebranej z ostatniego stopnia turbiny dla jej ponownego użycia. Nadmiar ciepła oddawany jest do powietrza atmosferycznego np. poprzez chłodnię kominową albo chłodzenie z wykorzystaniem naturalnego zbiornika wodnego; Układ kondensatu wody zasilającej mający dwie główne funkcje: dostawę wody o odpowiednich parametrach jakościowych do generatorów pary wodnej i do podgrzewania wody (kondensatu) do temperatury bliskiej do nasycenia; Separator wilgoci i osuszacz pary (MSR ang. Moisture Separator Reheater). Separator wilgoci zainstalowany jest zwykle pomiędzy wylotem turbiny wysokiego ciśnienia a wlotem turbiny niskiego ciśnienia w celu usunięcia wilgoci z pary wychodzącej z turbiny wysokiego ciśnienia i przegrzania pary przed podaniem jej do turbiny niskiego ciśnienia. W EJ Olkiluoto 3 układ zasilania potrzeb własnych wyspy turbinowej składa się z czterech niezależnych rozdzielnic 10 kv. Ich podstawowe zasilanie zapewniają dwa transformatory potrzeb własnych 400 kv/10 kv. Każdy z tych transformatorów ma jedno uzwojenie pierwotne zasilane z szyn rozdzielni głównej 400 kv i dwa uzwojenia wtórne zasilające odpowiednio szyny zbiorcze dwóch rozdzielnic 10 kv. Dodatkowo każda z rozdzielnic 10 kv może otrzymać zasilanie z transformatora rezerwowego 110 kv/10 kv, zasilonego z zewnętrznej linii 110 kv. Zasilanie z sieci 110 kv jest niezależne od zasilania z sieci 400 kv. Jak już wspomniano z szyn zbiorczych rozdzielnic 10 kv wyspy turbinowej zasilane są główne pompy RCP wyspy jądrowej. Z rozdzielnic tych zasilane są transformatory SN/ nn dostarczające napięć niskich 400 V i 690 V oraz silniki i inne odbiorniki w wyspie turbinowej pracujące na napięciu 10 kv. W przypadku utraty zasilania z obu głównych transformatorów potrzeb własnych 400 kv/10 kv oraz rezerwowego transformatora 110 kv /10 kv istnieje możliwość podania napięcia od strony wyspy jądrowej, do rozdzielnic której podłączone są agregaty prądotwórcze z silnikami spalinowymi. Podstawowymi odbiornikami energii elektrycznej na terenie wyspy turbinowej są napędy elektryczne pomp i zaworów, wentylatorów, układy sterowania, pomiarów, ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji, instalacja oświetleniowa, przeciwpożarowa, telewizji przemysłowej, kontroli dostępu itp. 55

57 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Sumaryczna długość wszystkich kabli w instalacjach zasilania elektrycznego, sterowania i pomiarów w wyspie turbinowej wynosi ok km Wyprowadzenie mocy Wyprowadzenie mocy z generatora łączące go z transformatorem blokowym (lub trzema jednofazowymi transformatorami blokowymi) zrealizowane jest przy wykorzystaniu jednofazowych przewodów szynowych ekranowanych. Przewody szynowe wykonane są z aluminium z zewnętrznymi osłonami rurowymi (ekranami) również wykonanymi z aluminium. Wewnątrz obudowy przewodu podpartego na izolatorach żywicznych znajduje się powietrze z niewielkim nadciśnieniem w stosunku do ciśnienia atmosferycznego. W EJ Olkikuoto 3 zastosowano układ trzech jednofazowych transformatorów blokowych podwyższających napięcie 27 kv (napięcie generatora głównego) do 400 kv. Olej stanowiący izolację i czynnik chłodzący tych transformatorów jest chłodzony w oddzielnym zespole chłodzenia wodnego. Przyelektrowniana rozdzielnia wysokiego napięcia (np. 400 kv) może być zrealizowana w oparciu o aparaturę napowietrzną (AIS ang. Air Insulated Switchgear) albo rozdzielnicę w izolacji gazowej (GIS ang. Gas Insulated Switchgear) Pozostałe części infrastruktury elektrowni Pozostała część infrastruktury elektrowni jądrowej wg. współczesnej terminologii anglojęzycznej określana skrótem BOP (ang. Balance Of Plant), obejmuje instalacje średnich i niskich napięć w obiektach takich jak biura, magazyny, przyelektrowniane składowiska odpadów promieniotwórczych itp. Szacuje się, że łączna długość kabli wszystkich typów dla infrastruktury BOP wynosi ok. 600 km na jeden blok WYMAGANIA SPECJALNE DLA KOMPONENTÓW I URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH PRZEZNACZONYCH DO PRACY W ELEKTROWNIACH JĄDROWYCH W elektrowni jądrowej wykorzystywane są liczne komponenty i urządzenia, które podlegają specjalnej kwalifikacji, bazowanej przede wszystkim na normach i standardach jądrowych przedstawionych w rozdziale 5. 56

58 Rozdział 4. Układy i urządzenia elektryczne nowoczesnej elektrowni jądrowej Poniżej zaprezentowano kilka podstawowych grup komponentów elektrycznych. Zestawienie z pewnością nie wyczerpuje całości zagadnienia, ale powinno dać Czytelnikowi ogólną orientację co do wymagań stawianych urządzeniom elektrycznym dla energetyki jądrowej Kable Kable służące do przesyłania energii i informacji są komponentami mającymi podstawowy wpływ na niezawodność pracy elektrowni jądrowych. Niekorzystne czynniki środowiska pracy, szczególne w niektórych częściach wyspy jądrowej takie jak: promieniowanie, wysoka temperatura, drgania i wilgotność, mogą przyczyniać się do ich przyspieszonego starzenia. Wobec okresu użytecznej eksploatacji bloku współczesnej elektrowni jądrowej wynoszącego obecnie 60 lat, kable muszą spełniać wymagania podwyższonej trwałości, wyższej niż wymagana w obiektach energetyki konwencjonalnej. Szczególne wymagania dla kabli dotyczą przede wszystkim tzw. gorących punktów (ang. hot spots) zlokalizowanych wewnątrz węzłów technologicznych obsługujących reaktor. W przypadku reaktorów PWR są to: wytwornice pary i elementy obiegu pierwotnego, zaś w reaktorach BWR rejon przewężenia suchej obudowy bezpieczeństwa i rejon zaworu nadmiarowego układu pary świeżej. Ze względu na możliwość kontaktu z promieniowaniem jonizującym, wysoką temperaturą i koniecznością zachowania ognioodporności na wypadek kontaktu z otwartym ogniem, w układach wyspy jądrowej stosowane są wyłącznie kable w izolacji ognioodpornej, bezhalogenowe (tj. produkowane są z materiałów nie zawierających chloru, fluoru, bromu i jodu). Podstawowe rodzaje kabli stosowanych w elektrowni jądrowej to: Kable zasilające średnich i niskich napięć (od 1 kv do 10 kv) w tym np. kable zasilające główne pompy chłodzące RCP przeznaczone do zastosowania w układach wyspy jądrowej. Kable zasilające ognioodporne (ang. fire-resistant) zdolne do pracy w obecności ognia, identyfikowane także jako gwarantujące ciągłość zasilania obwodu (ang. Circuit Integrity Cable), zapewniające w warunkach pożaru zasilanie niskiego napięcia dla alarmów, układów oddymiania, instalacji gaśniczej i oświetlenia awaryjnego. Kable zasilające ogniotrwałe (ang. fire-retardant), które w warunkach pożaru nie doprowadzą do rozprzestrzeniania się ognia i dymu na skutek znalezienia się ich warstw izolacyjnych w ogniu. 57

59 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Miedziane lub aluminiowe kable zasilające niskiego i średniego napięcia w izolacji z polietylenu usieciowanego XLPE, szeroko stosowane w układach zasilania elektrycznego wyspy turbinowej i nie różniące się istotnie od kabli stosowanych w analogicznych zastosowaniach energetyki konwencjonalnej. Kable sterownicze na napięcia od 500 V do 1000 V zapewniające ciągłość obwodów sterowania pomp RCP, zaworów bezpieczeństwa, sterowania chemicznego i objętościowego, układów odprowadzenia ciepła powyłączeniowego, układów spryskiwania obudowy reaktora, układów wstępnej obróbki odpadów promieniotwórczych, układów wentylacji, klimatyzacji itp. Kable przeznaczone do współpracy z układami pomiarowymi i czujnikami wykonywane są jako dwużyłowe, trójżyłowe i czterożyłowe z ekranowaniem indywidualnym lub grupowym, wykorzystywane są w układach ciągłego nadzoru ciśnienia pary, temperatury wody i poszczególnych elementów instalacji, poziomów płynów, wydajności przepływów, poziomu wibracji itp. Kable pomiarowe wykonuje się w klasach zgodnych z wymaganiami 1E LOCA (K1) oraz 1E non- -LOCA (K3) dla zapewnienia maksymalnej niezawodności zarówno podczas normalnej eksploatacji jak i w awaryjnych stanach pracy. Kable doprowadzone do głównej sterowni bloku zapewniają połączenia z ponad 100 tysiącami punktów całej instalacji elektrowni, stanowiąc centralny punkt jej układu nerwowego. Dostarczają one energii jak i przekazują informacje od układów niskiego napięcia dla oświetlenia, wentylacji i klimatyzacji, do pomiarów i kabli telekomunikacyjnych. Inne kable: wysokonapięciowe energetyczne, telekomunikacyjne miedziane i światłowodowe, klasyczne elektroinstalacyjne itp. znajdujące zastosowanie w nie-jądrowych częściach obiektu, nie różnią się od kabli używanych w instalacjach konwencjonalnych. Kilka firm na świecie specjalizuje się w produkcji kabli przeznaczonych do użycia w obiektach energetyki jądrowej. Można tu wymienić np. amerykańskiego producenta RSCC Marmon Engineered Wire & Cable LCC ( lub francuską firmę Nexans ( Dopuszczenie do zastosowania w projekcie jądrowym wymaga spełnienia przez producenta kabli licznych wymagań norm związanych m.in. z ich podatnością na czynniki powodujące degradację izolacji (głównie promieniowanie i temperaturę) oraz wymagania ognioodporności i ogniotrwałości. Standardy jądrowe RCC-E, IEC, IEEE precyzujące wymagania 58

60 Rozdział 4. Układy i urządzenia elektryczne nowoczesnej elektrowni jądrowej dla kabli wymienione są w odpowiednich aneksach do Rozdziału 5. Jedne z najostrzejszych wymagań dla kabli przeznaczonych do pracy w obiektach energetyki jądrowej precyzują krajowe standardy francuskie NF (fr. Normes Françaises) np. NF C Wymagane jest np. umieszczenie testowanego 30-centymentrowego odcinka kabla ogniotrwałego wewnątrz komina, w którym poddawany jest on oddziaływaniu temperatury 800 stopni Celsjusza przez 30 minut. Nadpalenia izolacji części kabla nie objętej działaniem ognia nie mogą sięgać dalej niż 800 mm od strefy umieszczonej w strumieniu gorących gazów komina. Szczególną uwagę trzeba zwrócić na utrzymanie odporności na pożar izolacji kabli pomimo upływu czasu i odpowiednich zmian temperatur, wilgotności i innych parametrów mogących wpływać na utratę ognioodporności Rozdzielnice średnich i niskich napięć Od prawidłowej pracy urządzeń rozdzielczych średnich i niskich napięć w bardzo istotny sposób zależy niezawodność zasilania układów potrzeb własnych elektrowni jądrowej. W układach elektrowni jądrowych stosowane są na ogół rozdzielnice dwuczłonowe średnich napięć (6 kv lub 10 kv) w osłonach metalowych (ang. metal enclosed), zapewniające bardzo wysoki poziom bezpieczeństwa dzięki zamknięciu wszystkich elementów znajdujących się pod napięciem wewnątrz metalowej, uziemionej obudowy. Najczęściej stosuje się w nich wyłączniki próżniowe lub wyłączniki z sześciofluorkiem siarki. Obecnie wymagania stawiane rozdzielnicom w osłonie metalowej SN precyzuje między innymi norma IEC (odpowiednik polski: PN/EN ). W USA i innych krajach stosujących normalizację amerykańską, wymagania dla rozdzielnic w osłonie metalowej określa norma IEEE C Przykładem rozdzielnicy SN dopuszczonej do stosowania w elektrowniach jądrowych jest UniGear ZS1 produkcji firmy ABB. Oprócz zestawu prób typu normalnie wymaganych dla tej kategorii urządzeń rozdzielczych ZS1 przeszła pomyślnie dodatkowe próby wymagane dla zainstalowania urządzenia w elektrowni jądrowej (Rys. 21). Jednym z ważniejszych wymagań stawianych rozdzielnicom średnich napięć stosowanych w elektrowniach jądrowych jest możliwość sprostania skutkom zdarzenia sejsmicznego: rozdzielnica musi być w stanie kontynuować pracę podczas tzw. operacyjnego podstawowego trzęsienia ziemi OBE (ang. Operating Basic Earthquake), lub w przypadku bardzo silnego trzęsie- 59

61 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Rysunek 21. Badania sejsmiczne rozdzielnicy dwuczłonowej średniego napięcia typu UniGear ZS1, produkcji firmy ABB. Z lewej dwa pola testowe rozdzielnicy ZS1 na stanowisku wytwarzającym drgania wzorowane na wstrząsach sejsmicznych; po środku model numeryczny do symulacji zachowania się urządzenia pod wpływem wstrząsów sejsmicznych; z prawej wizualizacja deformacji powstających pod wpływem wstrząsów sejsmicznych specjalnie wzmocnionych dla lepszego uwidocznienia tendencji zmian [ABB] nia ziemi, musi mieć możliwość wyłączenia reaktora jądrowego zgodnie ze scenariuszem bezpiecznego wyłączenia SSE (ang. Safe Shutdown Earthquake). Wymagania sejsmiczne stosowane są także w stosunku do obiektów energetyki jądrowej budowanych na terenach o niskim prawdopodobieństwie wystąpienia trzęsień ziemi. Dodatkowymi wymogami dla tych urządzeń jest sprawdzenie funkcjonalności każdego elementu w bardzo intensywnych warunkach środowiskowych w zakresie wysokich temperatur i wilgotności oraz po procesie starzenia pod wpływem temperatury i promieniowania. Normy IEC oraz IEEE 344 są dwoma głównymi standardami technicznymi stosowanymi do kwalifikacji rozdzielnic dla obiektów jądrowych pod względem możliwych narażeń związanych z trzęsieniem ziemi lub upadkiem dużego samolotu na budynki elektrowni. Widma występujących drgań podłoża nie są sprecyzowane w powyższych normach, ze względu na to, że mogą się one istotnie różnić w zależności od regionu geograficznego i przyjętej konstrukcji budynków elektrowni. Badanie sejsmiczne, dla których założenia pochodzą z zapisów drgań rzeczywistych trzęsień ziemi, zwykle bazują na wykonaniu badania wibracyjnego, wieloczęstotliwościowego w trzech niezależnych osiach, ze 60

62 Rozdział 4. Układy i urządzenia elektryczne nowoczesnej elektrowni jądrowej sztuczną syntezą drgań z danego wymaganego spektrum odpowiedzi RRS (ang. Required Response Spectrum), biorącego pod uwagę lokalizację geograficzną oraz konstrukcję obiektu budowlanego. Metoda ta jest uważana za najlepszy sposób symulacji obciążeń sejsmicznych podczas kwalifikacji urządzeń dla elektrowni jądrowych. Podczas badania sejsmicznego sprawdzane są dwa scenariusze: OBE/S1 eksploatacyjne trzęsienie ziemi (ang. operating basis earthquake), którego można oczekiwać w danej lokalizacji w ciągu okresu istnienia EJ przy uwzględnieniu regionalnej i miejscowej geologii i sejsmologii oraz specyficznych charakterystyk miejscowego gruntu. Według MAEA jest ono określane jako S1. Przy wstrząsach spowodowanych trzęsieniem ziemi elementy EJ potrzebne do jej dalszego funkcjonowania powinny pozostać sprawne tak, że drgania sejsmiczne nie stanowią istotnego zagrożenia w danym rejonie i pozwalają na zachowanie ciągłości pracy elektrowni. SSE/S2 maksymalne obliczeniowe trzęsienie ziemi (safe shutdown earthquake) przyjmowane na podstawie danych historycznych do projektowania systemów bezpieczeństwa EJ. Przez MAEA jest ono określane jako S2. Są to maksymalne ruchy gruntu rozważane w projekcie sejsmicznym EJ, stwarzające zagrożenie dla określonych konstrukcji, układów i komponentów niezbędnych dla zachowania integralności układu chłodzenia reaktora a zatem wymagające jego bezpiecznego wyłączenia i utrzymania go bezpiecznie w stanie wyłączonym. Kwalifikacja rozdzielnic SN dla użycia w elektrowni jądrowej wymaga również przeprowadzenia badań kompatybilności elektromagnetycznej (ECM), związanych z wystąpieniem silnego narażenia elektromagnetycznego w warunkach awarii. Wymagane jest przeprowadzenie dwóch rodzajów badań na kompletnej rozdzielnicy oddających rzeczywistą konfigurację urządzeń aparatury kontrolno-pomiarowej i automatyki oraz okablowania obwodów wtórnych: Badanie odporności (ang. immunity testing) służy sprawdzeniu niepodatności urządzenia na zakłócenia elektromagnetyczne w szerokim zakresie częstotliwości. Badanie emisji (ang. emission testing) służy sprawdzeniu emisji w formie zakłóceń pola elektromagnetycznego i zakłóceń wprowadzanych do obwodu przez poszczególne elementy wyposażenia rozdzielnicy w szerokim zakresie częstotliwości. 61

63 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Częścią badania jest szczegółowy test funkcjonalny wszystkich funkcji sterowania, zabezpieczeń i pomiarów. Proces kwalifikacji oprogramowania wykonuje się zgodnie z normą jądrową IEC Nuclear power plants Electrical equipment of the safety system Qualification (Elektrownie jądrowe Urządzenia elektryczne w układach bezpieczeństwa Kwalifikacja). Badania sejsmiczne wykonuje się również dla rozdzielnic niskiego napięcia i centrów sterowania silnikami elektrycznymi. Przykładem rozdzielnicy zgodnej z wymaganiami bezpieczeństwa sejsmicznego dla elektrowni jądrowych wydanymi przez EDF jest rozdzielnica nn typu Okken produkcji firmy Schneider Electric Transformatory Transformatory SN/nn zainstalowane zarówno w wyspie jądrowej jak i turbinowej służą do przekazywania energii elektrycznej z głównych szyn zasilania średniego napięcia (6 kv, 10 kv) do rozdzielnic niskiego napięcia 400 V i 690 V. W przypadku zastosowań w elektrowni jądrowej najważniejszymi czynnikami dla pozytywnej kwalifikacji transformatorów jest ich bezpieczeństwo przeciwpożarowe i sejsmiczne. (Rys. 22). Najbezpieczniejszym rodzajem transformatorów stosowanych w elektrowni jądrowej są transformatory suche z izolacją z żywicy epoksydowej. Stosowane dawniej transformatory olejowe były w kilku przypadkach przyczyną groźnych pożarów, m.in. w amerykańskiej energetyce jądrowej. Współcześnie produkowane transformatory żywiczne osiągają moc znamionową nawet do 40 MVA, mogą więc z powodzeniem być wykorzystane w układach potrzeb własnych elektrowni jądrowej. Podobnie jak w przypadku rozdzielnic również transformatory suche spełniać muszą surowe wymagania sejsmiczne dla zakwalifikowania do projektu jądrowego. W nowym bloku elektrowni Olkiluoto 3 w Finlandii w układzie wzbudzenia generatora blokowego zastosowano transformator żywiczny typu GEAFOL produkcji firmy Siemens. W dwóch starszych blokach Olkiluoto 1 i 2 wymieniono dotychczasowe transformatory na transformatory suche RESIBLOC firmy ABB (19 jednostek o mocach do 3150 kva). Transformatory blokowe oraz transformatory główne potrzeb własnych wykonuje się jako jednostki olejowe, jednakże ze względu na sposób instalacji (daleko od budynku reaktora, na ogół na terenie rozdzielni napowietrznej) nie stanowią one istotnego zagrożenia pożarowego dla instalacji jądrowych. 62

64 Rozdział 4. Układy i urządzenia elektryczne nowoczesnej elektrowni jądrowej Rysunek 22. Wymiana transformatora mocy w Elektrowni Jądrowej Beaver Valley w Pensylwanii [First Energy Nuclear Operating Co.] Agregaty prądotwórcze z silnikami wysokoprężnymi Każda elektrownia jądrowa musi być wyposażona w układy zasilania awaryjnego, najczęściej bazujące na agregatach prądotwórczych napędzanych spalinowymi silnikami wysokoprężnymi (Diesla), (EDG ang. Emergency Diesel Generator). Ich zadaniem jest dostarczenie energii elektrycznej dla urządzeń potrzeb własnych bloku elektrowni jądrowej w awaryjnym stanie pracy, także w sytuacji całkowitej utraty zasilania z zewnętrznych linii średnich i wysokich napięć energetyki zawodowej. Najważniejszym zadaniem zasilania awaryjnego jest zapewnienie pracy układów zapewniających prawidłowe wystudzenie reaktora przez kilkadziesiąt godzin po potencjalnej awarii. W przypadku reaktorów II generacji zadziałanie układów zasilania awaryjnego przy utracie zasilania z sieci zewnętrznej miało podstawowe znaczenie dla wygaszenia bloku jądrowego przy poważnej awarii. W przypadku nowoczesnych konstrukcji reaktorów III generacji przede wszystkim Westinghouse AP1000 oraz General Electric / Hitachi ESBWR, zaopatrzonych w układy bezpieczeństwa pasywnego, blok jądrowy osiąga bezpiecznie stan wyłączenia także przy braku zasilania z zewnątrz. 63

65 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Dwa podstawowe czynniki zadecydowały o powszechnym użyciu agregatów z silnikami Diesla w układach zasilania awaryjnego elektrowni jądrowych, jeszcze w początkowym okresie rozwoju energetyki jądrowej w USA: 1. Na podstawie możliwych scenariuszy awarii określono, jak szybko musi być dostarczone zasilanie elektryczne dla układu awaryjnego chłodzenia rdzenia reaktora ECCS (ang. Emergency Core Cooling System), aby uniknąć jego przegrzania. Wiele spośród wczesnych reaktorów jądrowych wymagało włączenia zasilania dla układu ECCS w ciągu zaledwie 15 do 30 sekund. Dla zachowania marginesu bezpieczeństwa przyjęto wówczas, że maksymalne opóźnienie w dostarczeniu napięcia z awaryjnego źródła zasilania dla odbiorów zasilanych w pierwszej kolejności nie może przekraczać 10 sekund. Dalsze odbiory podłączane są do zasilania awaryjnego stopniowo zgodnie z ustaloną przez projektanta sekwencją ich włączania. 2. Uznano, że agregaty dieslowskie są dostatecznie niezawodnymi źródłami energii elektrycznej zdolnymi do bardzo szybkiego rozruchu i szybkiego przejęcia dużego obciążenia. Dodatkowym argumentem było zastosowanie analogicznego układu w pierwszych siłowniach jądrowych budowanych na potrzeby Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych. Konfiguracja układów zasilania awaryjnego w elektrowni jądrowej zapewniać musi redundancję (ich zwielokrotnienie dla podwyższenia poziomu niezawodności). Z zasady powinny być stosowane co najmniej dwa wzajemnie się rezerwujące układy, choć bywa stosowane zwielokrotnienie trzy- lub czterokrotne. Rozmieszczenie siłowni dieslowskich zapasowego układu zasilania względem budynku reaktora również ma znaczenie dla bezpieczeństwa: poszczególne siłownie rozmieszcza się w odpowiednich odległościach od siebie, po różnych stronach budynku reaktora, co stanowi dodatkowe zabezpieczenie przed zagrożeniem nadchodzącym z określonego kierunku np. upadku dużego samolotu albo uderzenia fali tsunami na teren elektrowni. W agregatach prądotwórczych przeznaczonych dla elektrowni jądrowych stosuje się silniki Diesla o średniej (500 do 700 obr./min.) bądź wysokiej wartości znamionowej prędkości obrotowej (900 do 1000 obr./min.). Moc znamionowa silnika spalinowego wynosi od 3 do 7 MW dla silników wysokoobrotowych i do 15 MW dla średnioobrotowych. Praktycznie wszyscy producenci stosują silniki z cylindrami w układzie V, wyposażone w od 12 do 20 cylindrów (Rys. 23). Przeciążenie znamionowe agregatu wynosi: 110% w ciągu dwóch godzin, co 24 godziny. 64

66 Rozdział 4. Układy i urządzenia elektryczne nowoczesnej elektrowni jądrowej Rysunek 23. Agregat prądotwórczy typu MTU 20V 956 TB 34 o mocy elektrycznej 6,3 MW przeznaczony do zasilania awaryjnego w elektrowniach jądrowych [MTU Friedrichshafen GmbH] Generatory z silnikami wysokoprężnymi zwykle wymagają sprężonego powietrza do rozruchu. Układy pomocnicze dla generatorów Diesla obejmują (Rys. 24): instalację sprężonego powietrza do rozruchu, instalację pneumatyczną dla przepustnic układu chłodzenia powietrznego, urządzeń pneumatycznych i zaworów sterowanych pneumatycznie, instalację oleju smarującego, instalację do wodnego chłodzenia silnika wysokoprężnego, radiatory do chłodzenia powietrznego lub wodną instalcję chłodzącą, układ chłodzenia oleju, turbosprężarki. W Stanach Zjednoczonych wiodącym dostawcą układów zasilania awaryjnego bazujących na średnioobrotowych ( obr./min.) silnikach Diesla jest firma Fairbanks Morse Engine ( z zakładami produkcyjnymi zlokalizowanymi w Beloit w stanie Wisconsin. Przedsiębiorstwo to zdobyło duże doświadczenie w energetyce jądrowej począwszy od lat pięćdziesiątych ub. stulecia pracując przy projektach pierwszych siłowni jądrowych w początkach tworzenia się floty jądrowej US Navy. Doświadczenia z rynku wojskowego ułatwiły i umocniły pozycję Fairbanks Morse na rynku cywilnej energetyki jądrowej. Obecnie ponad 60% elektrowni jądrowych w USA wyposażone jest w układy zasilania awaryjnego Fairbanks Morse Engine. W Europie jednym z najważniejszych producentów siłowni zasilania awaryjnego dla elektrowni jądrowych jest niemiecka firma MTU Friedrichshafen GmbH ( marka MTU Onsite Energy), stanowiąca obecnie część koncernu Rolls-Royce, zlokalizowana 65

67 Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budowie elektrowni jądrowych Rysunek 24. Przykładowa zabudowa agregatu prądotwórczego do awaryjnego zasilania potrzeb własnych w elektrowni jądrowej: 1 zbiornik oleju napędowego, 2 zbiorniki sprężonego powietrza do rozruchu agregatu, 3 czerpnia powietrza z filtrami wlotowymi, 4 zbiornik oleju układu smarowania silnika, 5 silnik wysokoprężny, 6 generator elektryczny, 7 komin gazów spalinowych z tłumikiem, 8 układ chłodzenia radiatory z wentylatorami [Alstom General Electric] we Friedrichshafen nad Jeziorem Bodeńskim. Drugim europejskim znaczącym producentem układów zasilania awaryjnego dla elektrowni jądrowych obejmujących zakres mocy od 3 MW do 10 MW są francuskie zakłady firmy Alstom ( obecnie w składzie koncernu General Electric). Obecnie alternatywnym rozwiązaniem wobec agregatów prądotwórczych z silnikami Diesla stać się mogą nowoczesne układy ogniw paliwowych PEM, wykorzystujących paliwo wodorowe. Instalacje o mocy do 100 kva produkcji firmy Areva NP są już obecnie testowane we francuskiej energetyce jądrowej. 66